Yeni Tədqiqat Ekzoskeletlərin İndi Əksinə Yox, Sizə Uyğunlaşdığını Göstərir

Bağlantılar Cədvəli

Abstrakt və 1 Giriş

2 Nəticələr

2.1 Nümayəndə İştirakçı üçün İlkin İşlənmiş Məlumat

2.2 Ümumi Performans Təhlili

2.3 Qarşılıqlı Portret Təhlili

2.4 Fərdi Uyğunlaşma Strategiyası

3 Müzakirə

3.1 İnsan Adaptasiyası

3.2 ƏM Analizinin əhəmiyyəti

4 Nəticə

5 Metodlar

5.1 İrəli Nəzarət Strategiyaları

5.2 Eksperimental Quraşdırma

5.3 Eksperimental Protokol

5.4 Məlumatların Təhlili

Bəyannamələr

Əlavə A Tamamlayıcı Nümunə Məlumat

Əlavə B Təbii Gəzinti ilə Müqayisə

İstinadlar

mücərrəd

İnsan-robot fiziki qarşılıqlı əlaqəsi istifadəçi təcrübəsini optimallaşdırmaq, robotun performansını artırmaq və istifadəçi uyğunlaşmasını obyektiv qiymətləndirmək üçün mühüm məlumatları ehtiva edir. Bu tədqiqat əzələ fəaliyyətini və qarşılıqlı təsir momentini iki ölçülü təsadüfi dəyişən kimi təhlil edərək aşağı ətrafların ekzoskeletlərində insan-robot birgə adaptasiyasını qiymətləndirmək üçün yeni bir üsul təqdim edir. Bu dəyişənin qütb koordinatlarında paylanmasını vizuallaşdıran Qarşılıqlı Əlaqə Portretini (IP) təqdim edirik. Biz bu metrikanı kinematik vəziyyətə dair rəyə əsaslanan son fırlanma anı tənzimləyicisini (HTC) və burada təklif olunan onlayn öyrənmə ilə yeni irəli ötürülmə tənzimləyicisini (AMTC) müxtəlif sürətlərdə treadmill gəzintisi zamanı vaxta əsaslanan nəzarətçi (TBC) ilə müqayisə etmək üçün tətbiq etdik. TBC ilə müqayisədə həm HTC, həm də AMTC istifadəçilərin normallaşdırılmış oksigen qəbulunu əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, bu da istifadəçi-ekzoskelet koordinasiyasının yaxşılaşdırılmasını təklif edir. IP təhlili göstərir ki, bu təkmilləşmə ənənəvi əzələ fəaliyyəti və ya qarşılıqlı təsir momenti təhlili ilə müəyyən edilə bilməyən iki fərqli uyğunlaşma strategiyasından qaynaqlanır. HTC, ekzoskelet istifadəçi dinamikasını kompensasiya etdiyi üçün, istifadəçiləri əzələ səylərini azaldaraq, lakin qarşılıqlı təsir momentini artıraraq ekzoskeletə nəzarət etməyə təşviq edir. Əksinə, AMTC artan əzələ səyi və azaldılmış qarşılıqlı təsir momentləri vasitəsilə istifadəçinin əlaqəsini təşviq edir, onu reabilitasiya və yeriş təlimi tətbiqləri ilə daha sıx uyğunlaşdırır. IP mərhələsinin təkamülü hər bir istifadəçinin qarşılıqlı əlaqə strategiyasının işlənib hazırlanmasına dair fikir verir, geyilə bilən robotlarda insan-robot qarşılıqlı əlaqəsini optimallaşdırmaq üçün yeni kontrollerlərin müqayisəsi və dizaynında İP təhlilinin potensialını nümayiş etdirir.

Açar sözlər : Ekzoskelet, Fiziki qarşılıqlı əlaqə, Nəzarət

1 Giriş

Köməkçi və reabilitasiya robotları istifadəçilərə daha əhəmiyyətli bir məşq dozası təqdim etdikcə, onların funksionallığını və həyat keyfiyyətini artırır, eyni zamanda fizioterapevtlərin iş yükünü azaldır [1, 2]. Son irəliləyişlərə, o cümlədən ekzoskelet yardımını təkmilləşdirmək üçün insan-in-the-loop optimallaşdırılmasına baxmayaraq [3-6], bu robot sistemlər hələ də hər bir fərdi istifadəçi üçün tələb olunan dəstək səviyyəsini effektiv şəkildə avtomatik tənzimləmək üçün mükəmməlliyə malik deyildir [7, 8] . Ənənəvi terapiya seanslarında fiziki terapevtlər üçün instinktiv olan bu fərdi toxunuş robotlar üçün problem olaraq qalır. Problem ondan irəli gəlir ki, metabolik xərc [9, 10], əzələ aktivasiyası [11], qarşılıqlı təsir qüvvələri [12], rahatlıq [13], idrak yükü [14] və istifadəçi üstünlükləri [15] kimi ayrı-ayrı performans göstəricilərindən istifadə olunsa da, İnsan-robot fiziki qarşılıqlı əlaqəsinin nüanslarını tam əhatə edən vahid metrikanın olmaması, robotların dəqiq tənzimlənməsinə və fərdiləşdirilməsinə mane olur. alt ekstremitələrin ekzoskelet dəstəyi [16]. Buna görə də, bu vəzifə tez-tez insan və ekzoskeletin fiziki qarşılıqlı təsirini idarə etmək üçün gizli mülahizələrlə uyğunlaşan nəzarətçilərə verilir. İnsan və ekzoskeletin qarşılıqlı əlaqəsinə nəzarət reabilitasiya, eləcə də güc artırma tətbiqləri üçün aşağı ətrafların ekzoskeletlərinin performansını və istifadəçi təcrübəsini optimallaşdırmaqda əsas rol oynayır [17]. Gücün artırılması ssenarilərində istifadəçi tam muxtariyyəti saxlayır və ekzoskelet istifadəçi əmrlərini birbaşa və ya dolayı yolla onların nəzərdə tutulan hərəkətini şərh edərək izləyir. İstifadəçi ilə ekzoskelet arasında fikir ayrılığı yaranarsa, ekzoskelet istifadəçinin xeyrinə nəzarətdən imtina etməlidir [18, 19]. Bununla belə, reabilitasiya və köməkçi ekzoskeletlər kontekstində insan və ekzoskeletin qarşılıqlı təsirinə nəzarət iki əsas amil səbəbindən daha çətin olur. Birincisi, istifadəçinin yerinə yetirdiyi hərəkət dayaq-hərəkət və ya motor qüsurlarına görə həmişə etibarlı olmur [20] ki, bu da yalnız istifadəçi-robotun fiziki qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan deşifrə edilmiş niyyətin keyfiyyətinə xələl gətirə bilər. İkincisi, ekzoskelet istifadəçini mümkün olduqda hərəkətdə iştirakını maksimum dərəcədə artırmağa təşviq etməli və istifadəçi hərəkəti düzgün yerinə yetirə bilmədikdə kömək və ya düzəliş etməlidir [21, 22]. Nəticə etibarilə, ekzoskelet lider və izləyici rolları arasında problemsiz keçid etməlidir [23].

İnsanın böyüməsi və reabilitasiya tətbiqləri üçün uyğun nəzarət strategiyasını müəyyən etmək üçün insan-ekzoskelet uyğunlaşmasını fərdlərin paylaşılan hərəkətə nəzarətlə bağlı xüsusi ekzoskelet nəzarət strategiyalarına necə reaksiya verdiyinin göstəricisi kimi başa düşmək çox vacibdir [24]. Gücün artırılmasında ideal ssenari istifadəçilərin fiziki səy göstərmədən ilk növbədə hərəkətə rəhbərlik etməklə töhfə verdikləri bir strategiyaya uyğunlaşmalarını nəzərdə tutur [5]. Ekzoskelet, azalmış əzələ fəaliyyəti və ya metabolik sürətlərlə nümayiş etdirildiyi kimi, insan bədəninə qarşılıqlı təsir momentləri və ya qüvvələr tətbiq etməklə insan bədənini hərəkət etdirmək məsuliyyətini öz üzərinə götürür [4]. Əksinə, reabilitasiya zamanı istifadəçilər tez-tez əzələ fəaliyyətini artırmaq və hərəkətə nəzarətlə fəal şəkildə məşğul olmaq üçün təlimatlandırılmalıdırlar [25]. İnsan-ekzoskelet qarşılıqlı təsir momentləri bu kontekstdə ikili davranış nümayiş etdirir. İstifadəçi hərəkəti düzgün yerinə yetirdikdə, ekzoskelet istifadəçini şəffaf şəkildə izləməlidir, nəticədə sıfır qarşılıqlı təsir momentləri [12]. Bununla belə, hərəkətin korreksiyası tələb olunduqda, ekzoskelet nəzarətçisi müdaxilə etməlidir. Bu müdaxilə hərəkəti düzəltmək üçün qarşılıqlı təsir momentinin artırılmasını tələb edən münaqişə yaradır. Nə əzələ səyi, nə də qarşılıqlı təsir momentləri təkcə yuxarıda qeyd olunan şərtləri ayırd edə bilməz. Məsələn, əzələ səyində artım ola bilər

insan-ekzoskelet fikir ayrılığından [20], eyni zamanda bu, insan istifadəçisinin yerişlə məşğul olduğunu və ekzoskeletin köməyinə deyil, öz motor qabiliyyətinə güvəndiyini ifadə edə bilər. Buna görə də, belə hallarda müxtəlif nəzarətçiləri müqayisə etmək üçün əzələ səyləri ilə yanaşı qarşılıqlı təsir momentini də nəzərə almaq lazımdır. Yüksək əzələ səyi ilə birləşən aşağı səviyyəli qarşılıqlı təsir momenti heç bir fiziki fikir ayrılığının olmadığını göstərir, bu da ekzoskeletin istifadəçini izlədiyini və istifadəçinin minimal yardımla yeridiyini göstərir. Əks təqdirdə, yüksək əzələ səyi ilə birlikdə daha yüksək səviyyəli qarşılıqlı təsir momenti istifadəçi və ekzoskeletin eyni arzu olunan hərəkət nümunələrini paylaşmadığını və nəzarət üçün mübarizə apardıqlarını göstərir [23]. Buna görə də, nəzarətçinin gücün artırılması və ya reabilitasiya tətbiqləri üçün uyğunluğunun müəyyən edilməsi əzələ səyinin və qarşılıqlı təsir momentinin birgə təhlilini tələb edir.