Utafiti Mpya Unaonyesha Mifupa ya Mifupa Sasa Inabadilika Kwako, Sio Njia Nyingine Karibu

Jedwali la Viungo

Muhtasari na 1 Utangulizi

2 Matokeo

2.1 Data Iliyochakatwa Awali kwa Mshiriki Mwakilishi

2.2 Uchambuzi wa Utendaji wa Jumla

2.3 Uchanganuzi wa Taswira ya Mwingiliano

2.4 Mkakati wa Marekebisho ya Mtu Binafsi

3 Mazungumzo

3.1 Kubadilika kwa Binadamu

3.2 Umuhimu wa Uchambuzi wa IP

4 Hitimisho

5 Mbinu

5.1 Mikakati ya Udhibiti wa Usambazaji

5.2 Usanidi wa Majaribio

5.3 Itifaki ya Majaribio

5.4 Uchambuzi wa Data

Matangazo

Kiambatisho Data ya Mfano Nyongeza

Kiambatisho B Kulinganisha na Kutembea kwa Asili

Marejeleo

Muhtasari

Mwingiliano wa roboti wa binadamu una taarifa muhimu kwa ajili ya kuboresha matumizi ya mtumiaji, kuboresha utendaji wa roboti, na kutathmini kimakosa urekebishaji wa mtumiaji. Utafiti huu unatanguliza mbinu mpya ya kutathmini upatanishi wa ushirikiano wa roboti ya binadamu katika mifupa ya viungo vya chini kwa kuchanganua shughuli za misuli na torati ya mwingiliano kama kigeuzo cha nasibu chenye pande mbili. Tunatanguliza Picha ya Mwingiliano (IP), ambayo inaonyesha usambazaji wa kigezo hiki katika kuratibu za polar. Tulitumia kipimo hiki kulinganisha kidhibiti cha torque ya hivi majuzi (HTC) kulingana na maoni ya hali ya kinematic na kidhibiti riwaya cha feedforward (AMTC) na mafunzo ya mtandaoni, yaliyopendekezwa hapa, dhidi ya kidhibiti kinachotegemea muda (TBC) wakati wa kutembea kwa kasi tofauti. Ikilinganishwa na TBC, HTC na AMTC hupunguza kwa kiasi kikubwa upokeaji wa oksijeni wa kawaida wa watumiaji, na hivyo kupendekeza uratibu ulioimarishwa wa mtumiaji-exoskeleton. Uchanganuzi wa IP unaonyesha uboreshaji huu unatokana na mikakati miwili tofauti ya uunganishaji, isiyoweza kutambuliwa na shughuli za jadi za misuli au uchanganuzi wa torati ya mwingiliano pekee. HTC inahimiza watumiaji kutoa udhibiti kwa exoskeleton, kupunguza juhudi za misuli lakini kuongeza torati ya mwingiliano, kwani mifupa ya nje hufidia mienendo ya mtumiaji. Kinyume chake, AMTC inakuza ushiriki wa watumiaji kupitia kuongezeka kwa juhudi za misuli na kupunguza kasi ya mwingiliano, ikiipanga kwa karibu zaidi na urekebishaji na maombi ya mafunzo ya kutembea. Mageuzi ya awamu ya IP hutoa maarifa katika ukuzaji wa mkakati wa mwingiliano wa kila mtumiaji, kuonyesha uwezo wa uchanganuzi wa IP katika kulinganisha na kubuni vidhibiti riwaya ili kuboresha mwingiliano wa roboti za binadamu katika roboti zinazoweza kuvaliwa.

Maneno muhimu : Exoskeleton, Mwingiliano wa Kimwili, Udhibiti

1 Utangulizi

Roboti za usaidizi na urekebishaji zinapata uangalizi unaoongezeka kadiri wanavyotoa kipimo kikubwa zaidi cha mazoezi kwa watumiaji, wakiboresha utendaji wao na ubora wa maisha huku wakipunguza mzigo wa kazi wa wataalam wa mwili [1, 2]. Licha ya maendeleo ya hivi majuzi, ikiwa ni pamoja na uboreshaji wa binadamu-katika-kitanzi ili kuboresha usaidizi wa mifupa [3-6], mifumo hii ya roboti bado haina ustadi wa kurekebisha kiotomatiki kiwango cha usaidizi kinachohitajika kwa kila mtumiaji binafsi kwa ufanisi [7, 8] . Mguso huu wa kibinafsi, wa silika kwa wataalamu wa tiba ya mwili katika vikao vya tiba asilia, bado ni changamoto kwa roboti. Changamoto hutokea kwa sababu, ingawa viashiria tofauti vya utendaji kama vile gharama ya kimetaboliki [9, 10], kuwezesha misuli [11], nguvu za mwingiliano [12], faraja [13], mzigo wa utambuzi [14], na mapendeleo ya mtumiaji [15] hutumiwa, ukosefu wa kipimo cha umoja ambacho kinajumuisha kikamilifu nuances ya mwingiliano wa kibinadamu na roboti huzuia urekebishaji sahihi na ubinafsishaji wa exoskeleton ya kiungo cha chini. msaada [16]. Kwa hivyo, kazi hii mara nyingi hukabidhiwa kwa vidhibiti vinavyoweza kubadilika na mazingatio matupu ili kudhibiti mwingiliano wa mwili wa mwanadamu na exoskeleton. Udhibiti wa mwingiliano wa binadamu-exoskeleton una jukumu muhimu katika kuboresha uzoefu wa mtumiaji na utendaji wa mifupa ya viungo vya chini kwa ajili ya ukarabati na matumizi ya kuongeza nguvu [17]. Katika matukio ya kuongeza nguvu, mtumiaji huhifadhi uhuru kamili, na exoskeleton hufuata maagizo ya mtumiaji moja kwa moja au kwa njia isiyo ya moja kwa moja kwa kutafsiri mwendo wao unaokusudiwa. Katika kesi ya kutokubaliana kati ya mtumiaji na exoskeleton, exoskeleton lazima kuacha udhibiti kwa ajili ya mtumiaji [18, 19]. Walakini, katika muktadha wa ukarabati na mifupa ya kusaidia, udhibiti wa mwingiliano wa binadamu-exoskeleton ni changamoto zaidi kutokana na mambo mawili ya msingi. Kwanza, mwendo unaotekelezwa na mtumiaji si mara zote wa kutegemewa kutokana na ulemavu wa musculoskeletal au motor [20] ambao unaweza kudhoofisha ubora wa nia iliyosimbuliwa kwa msingi wa mwingiliano wa kimwili wa mtumiaji na roboti. Pili, exoskeleton inapaswa kuhimiza mtumiaji kuzidisha ushiriki wake katika mwendo inapowezekana na kusaidia au kusahihisha wakati mtumiaji hawezi kutekeleza mwendo kwa usahihi [21, 22]. Kwa hivyo, exoskeleton lazima ibadilike bila mshono kati ya majukumu ya kiongozi na mfuasi [23].

Kuamua mkakati ufaao wa udhibiti wa uboreshaji wa binadamu na utumiaji wa urekebishaji, ni muhimu kuelewa urekebishaji wa mifupa ya mwanadamu kama kiashiria cha jinsi watu wanavyoitikia mikakati maalum ya udhibiti wa exoskeleton kuhusu udhibiti wa mwendo wa pamoja [24]. Katika kuongeza nguvu, hali inayofaa inahusisha watumiaji kukabiliana na mkakati ambao wanachangia kimsingi kwa kuongoza mwendo, bila kujitahidi kimwili [5]. Exoskeleton inachukua jukumu la kuhamisha mwili wa binadamu kwa kutumia torati au nguvu za mwingiliano kwa mwili wa binadamu, kama inavyoonyeshwa na kupungua kwa shughuli za misuli au viwango vya kimetaboliki [4]. Kinyume chake, katika urekebishaji, watumiaji lazima mara nyingi waongozwe ili kuongeza shughuli zao za misuli na kushiriki kikamilifu katika udhibiti wa mwendo [25]. Taratibu za mwingiliano wa binadamu-exoskeleton zinaonyesha tabia mbili katika muktadha huu. Wakati mtumiaji anafanya mwendo kwa usahihi, mifupa ya nje lazima ifuate mtumiaji kwa uwazi, na hivyo kusababisha torati sifuri za mwingiliano [12]. Hata hivyo, wakati marekebisho ya mwendo yanahitajika, mtawala wa exoskeleton anapaswa kuingilia kati. Uingiliaji kati huu unaleta mzozo unaohitaji ongezeko la torati ya mwingiliano ili kurekebisha mwendo. Wala juhudi za misuli au torati za mwingiliano pekee zinaweza kutambua hali zilizotajwa hapo juu. Kwa mfano, kuongezeka kwa juhudi za misuli kunaweza kutokea

kutoka kwa kutokubaliana kwa binadamu-exoskeleton [20], ilhali inaweza pia kuashiria kwamba mtumiaji wa binadamu anajishughulisha na kutembea na anategemea uwezo wao wa magari badala ya usaidizi wa mifupa ya nje. Kwa hivyo, ili kulinganisha vidhibiti tofauti katika visa kama hivyo, torque ya mwingiliano inahitaji kuzingatiwa pamoja na juhudi za misuli. Kiwango cha chini cha torati ya mwingiliano pamoja na nguvu ya juu ya misuli hupendekeza hakuna maelewano yoyote ya kimwili, kuonyesha kwamba exoskeleton inafuata mtumiaji na mtumiaji anatembea kwa usaidizi mdogo. Vinginevyo, kiwango cha juu cha torati ya mwingiliano pamoja na bidii ya juu ya misuli huonyesha kwamba mtumiaji na mifupa ya nje haishiriki mifumo sawa ya mwendo inayotakiwa, na wanapigania udhibiti [23]. Kwa hivyo, kubainisha kufaa kwa kidhibiti kwa matumizi ya kuongeza nguvu au urekebishaji kunahitaji uchanganuzi wa pamoja wa juhudi za misuli na torati ya mwingiliano.