工程师机器人控制理论适用于改善义肢
达拉斯的德克萨斯大学(UT)教授应用机器人动态控制理论,使动力假肢对佩戴者的环境,帮助截肢者行走。
在研究网上和即将打印的问题IEEE机器人,穿一个移动机器人腿能走路的跑步机几乎一样快一个健全的人。
“我们借用机器人控制理论来创建一个简单的、有效的新方法来分析人类的步态周期,”罗伯特·格雷格博士说,教员的埃里克·琼森工程和计算机科学学院和论文的主要作者。“我们的方法导致截肢者的方法控制动力假肢的帮助他们朝着一个更稳定、自然的方式比目前假肢。”
罗伯特·格雷格博士站设计的机器人腿UTDesign学生和类似于一个在他的研究报告。礼貌:德克萨斯大学达拉斯
人形机器人可以走路、跑步、跳跃和自主爬楼梯,但现代假肢限制在人类行为相同。而假肢更轻,更灵活,他们无法模仿的力量来自人类的肌肉强壮的个体。动力假肢或机器人的腿,汽车产生力量,但缺乏稳定的情报应对干扰或改变地形。
控制工程师查看人类步态周期穿越时间的镜头,在步行周期的每个动作的时间间隔需要发生。助理教授格雷格生物工程和机械工程,提出了一种新的观点和研究人类行走的过程:测量单个变量,代表身体的运动。在这项研究中,这个变量是脚上的压力中心,从脚跟到脚趾通过步态周期。
“步态周期是一个复杂的现象有很多关节和肌肉的共同努力,”格雷格说。“我们使用先进的数学定理整个步态周期简化为一个变量。如果你测量变量,你知道你在哪里在步态周期中,你应该做什么。”
格雷格首先在计算机模型测试了他的理论,然后有三个膝上截肢参与者在芝加哥康复研究所,西北大学的一个分支。他实现算法和传感器测量压力动力假肢的中心。输入只有用户的身高、体重和维度的残余大腿到他的算法,每个主题的假肢配置在大约15分钟。主题然后在跑步机上走在地上,移动速度增加。
“我们没有告诉义肢跑步机速度增加。义肢回应自然就像生物的腿,”格雷格说。
参与者能够移动超过1米每秒的速度;典型的完全正常人步行速度约为1.3米/秒,格雷格说。参与者还报道施加能量小于传统的假体。
格雷格表示当前假肢设备供电要求的一组物理康复专家花大量的时间调优数以百计的旋钮和培训每个动力腿个人佩戴者。
“我们的多个模式的操作方法统一到一个和导致技术,可以帮助人们在未来,”他说。“这和参与者的反馈非常有益的。”
格雷格说,下一步研究将比较实验结果与机器人腿使用时间模式和压力中心范式。
西北大学芝加哥康复研究所的研究人员和新布伦瑞克大学也参与了这项研究。
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出版
罗伯特·d·格雷格,托马索·兰兹利j . Hargrove Jonathon w .传感。虚拟约束动力假肢的控制:从仿真实验与施行截肢者。IEEE机器人,2014年10月27日发表。doi: 10.1109 / TRO.2014.2361937
