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哪种外骨骼技术对你的肌肉最温和?经过@exoself

哪种外骨骼技术对你的肌肉最温和?

经过 Exoself Technology Research4m2025/01/24
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这项研究表明,与其他控制器相比,AMTC 在外骨骼辅助行走过程中显著降低了氧气吸收量和相互作用扭矩,从而提高了性能并减少了用户的努力。
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作者:

(1)Mohammad Shushtari,滑铁卢大学机械与机电一体化工程系([email protected]);

(2)Julia Foellmer,汉堡工业大学力学与海洋工程系([email protected]);

(3)Sanjay Krishna Gouda,滑铁卢大学机械与机电一体化工程系和多伦多康复研究所(KITE)、大学健康网络([email protected])。

链接表

摘要和 1 引言

2 结果

2.1 代表性参与者的初始处理数据

2.2 整体性能分析

2.3 交互画像分析

2.4 个体适应策略

3 讨论

3.1 人类适应

3.2 知识产权分析的重要性

4 结论

5 方法

5.1 前馈控制策略

5.2 实验装置

5.3 实验方案

5.4 数据分析

声明

附录 A 补充示例数据

附录 B 与自然行走的比较

参考

2.1 代表性参与者的初始处理数据


图 2 典型参与者实验数据的一部分;为了便于可视化和解释,右臀部的相互作用扭矩和其中一块肌肉的激活与相对氧气吸收量一起显示。(A)参与者 #1 在每个控制器和速度下,每一步右臀部的平均绝对相互作用扭矩。(B)右腿腓肠肌内侧肌的正常肌肉激活。(C)每个控制器和速度下每次呼吸的相对氧气吸收量。氧气吸收量随着跑步机速度的增加而增加。


图 3 参与者的每种跑步机速度和控制器的平均性能指标。(A)每个参与者在每个控制器块中每种速度的所有步幅的相对摄氧量总和的图表。条形图显示所有参与者摄氧量总和的平均值。同样,人-外骨骼相互作用的平均总绝对值和总标准化肌肉努力分别在(B)和(C)中绘制。


2.2 整体性能分析

图 3A 显示了参与者在超慢速、慢速和中速行走期间 TBC、HTC 和 AMTC 区块的摄氧量总和。在所有行走速度下,TBC 和 AMTC 分别具有最高和最低的代谢率。在超慢速和慢速行走时,AMTC 产生的代谢率明显低于其他控制者,其中 AMTC 导致总摄氧量分别下降 22.9%±17.1(Friedman:p <0.03,Wilcoxon 符号秩:pT BC,AMT C <0.01)和 28.7%±12.7(Friedman:p <0.005,Wilcoxon 符号秩:pT BC,AMT C <0.003)。图 3B 中同样显示了参与者的总平均绝对相互作用扭矩。与 TBC 和 HTC 相比,AMTC 具有最低的相互作用扭矩,表明外骨骼辅助和用户期望运动之间的差异最小。相对于 TBC,AMTC 在超慢速、慢速和中速步行中分别显示出 17.1±12.5%、12±15% 和 9.2±7.7% 的人-外骨骼总相互作用减少。在超慢速步行中,差异具有统计学意义(Friedman:p <0.04,Wilcoxon 符号秩:pT BC,AMT C <0.01)。与 HTC 相比,AMTC 显示出 19.8±21.1%、17.9±10.1% 和 18.1±9.9% 的人-外骨骼总相互作用减少。在慢速(Fridman:p <0.03,Wilcoxon符号秩:pHT C,AMT C <0.004)和中速(Fridman:p <0.0008,Wilcoxon符号秩:pHT C,AMT C <0.004)行走的情况下,这些差异具有统计学意义。图 3C 显示了在使用三种不同控制器的情况下,参与者右腿在超慢速、慢速和中速行走过程中的总肌肉努力。与其他涉及外骨骼的情况相比,不使用外骨骼的自然行走具有最低的总肌肉努力。这是预料之中的,因为穿上外骨骼会给身体增加大约 17 公斤的额外重量,从而导致更高的肌肉努力。在这三个控制器中,TBC 在所有速度下的总肌肉努力最高。AMTC 和 HTC 的总肌肉努力在所有情况下都很接近,而 AMTC 在超慢速和中速下分别略低和略高。所发现的差异均不具有统计学意义。


2.3 交互画像分析





图 4 比较每对控制器的平均交互肖像。根据每个参与者在 TBC→HTC、TBC→AMTC 和 HTC→AMTC 的超慢速、慢速和中速行走时计算的平均总肌肉力和平均总人外骨骼交互描绘的平均交互肖像 (IP),分别如图 (A)、(B) 和 (C) 所示。黄色区域表示 25 和 75 百分位数之间的区域。


2.4 个体适应策略





图 5 TBC→HTC 和 TBC→MTBC 之间的交互肖像分布比较。针对中速行走绘制的每位参与者在 TBC 区块期间所有步幅的平均总肌肉力量和总交互扭矩的 HTC 和 AMTC 区块交互肖像分布。数据点的半径根据所有参与者步幅计算的最大半径进行归一化。参与者根据体重依次排列。极坐标直方图显示所描绘点的集中强度。直方图的每个箱覆盖 π/6 弧度。