Запечатлевая движение,
Создавая истории

Точная модель взаимодействия человека и машины имеет большое значение в исследовании экзоскелетов, поскольку она служит основой для прогнозирования прямых воздействий системы экзоскелета на человеческое тело, позволяя таким системам минимизировать травмы и потери энергии. Подходящая модель также может помочь оптимизировать дизайн и производительность систем экзоскелетов, делая их более легкими и удобными в управлении.

Исследовательская группа Южно-Китайского университета науки и технологий предложила новую модель экзоскелетов для человека. Они проверили точность кинематических расчетов этой модели с помощью динамических экспериментов и применили модель для разработки новой системы пассивного экзоскелета с силовой поддержкой, что позволило оптимизировать контрольную кривую электромеханических экзоскелетов.

Кинетические эксперименты

Исследовательская команда использовала оптическую систему захвата движения NOKOV для получения информации о позиции, скорости, ускорении и других значимых данных каждой точки на различных объектах. Эти данные затем были введены в модель для вычисления данных о походке и реакционной силы земли на стадии двойной опоры. Данные собирались с помощью силовой платформы, измеряющей точку, в которой обе ноги касаются земли. Было проведено сравнение между данными, рассчитанными моделью, и данными силовой платформы с целью косвенной проверки точности кинематических расчетов модели.

Оптическая система захвата движения и платформа для измерения силы

Экспериментальный график распознавания стадии кинематической двойной опоры

Дизайн и управление оптимизацией экзоскелетного робота

После создания теоретической модели был спроектирован и оптимизирован робот-экзоскелет для нижних конечностей на основе этой модели. Была разработана и протестирована группа прототипов пассивного многооперативного экзоскелета с использованием метаболических экспериментов. Эксперимент подтвердил эффективность экзоскелета в плане потребления энергии. Результаты показали, что в среднем метаболизм человека снизился на 4,40% при ношении пассивного экзоскелета, что подтвердило его дизайн.

Экспериментальный прототип пассивного мульти-синергетического экзоскелета

Кроме того, был проведен эксперимент для оптимизации выходной силы электромеханического экзоскелета. Вводя контрольную кривую в экзоскелет, установленный на бедре, выходная кривая силы была сравнена для анализа её способности снизить потребление энергии в человеческом организме. Результаты показали среднее снижение метаболизма человека на 1,38%, указывая на эффективность электромеханического экзоскелета, установленного на бедре, в снижении потребления энергии.

Эксперимент с модным элекромеханическим экзоскелетом и метаболическим анализатором

Библиография:

Исследование модели человеческо-машинного взаимодействия и её применение в проектировании экзоскелета нижних конечностей