摘要：针对传统刚性驱动的外骨骼在复杂人机交互环境中柔顺性不足、无法保证人体安全等问题,设计一种变刚度下肢外骨骼用于康复训练。提出了一种可重构的变刚度原理,通过调整关节弹簧的预紧力来实现关节刚度的改变,同时通过滑轮组的重构来增大外骨骼的刚度调整范围。基于所提出的可重构变刚度原理,设计了用于驱动外骨骼主动关节的变刚度执行器,并进一步设计了变刚度下肢外骨骼的机械结构。建立了外骨骼的理论刚度模型,并对其刚度特性进行了仿真分析。搭建了变刚度下肢外骨骼的试验平台,对样机的刚度特性进行了试验验证。结果表明,试验得到的刚度曲线与理论模型吻合。基于变刚度驱动的扭矩-偏角特性,提出一种无交互力传感器的外骨骼行走跟随控制方法,并在不同速度下进行了行走跟随试验。试验结果表明,外骨骼与人体的最大交互力矩为0.8243 N·m,证明外骨骼可以跟随人体运动。

摘要：颈椎病发病率逐年升高,人们对颈托的需求日益增加,颈托的适用场景也呈现多元化趋势,如术后、日常生活及康复训练等。为了更好地满足人们对颈托的需求,本项目设计了一款以舒适、透气、可清洗的材质为主体的多功能颈托,应用弯曲传感器与报警器等将颈椎曲度数据可视化,并且在前部加入旋钮调节高度,后侧加入气囊使其更好地贴合颈部,以适应不同人群的个性化需求。

摘要：目的基于肌电驱动肌肉骨骼模型的肌力预测需要完整的肌电信号(EMGs)作为输入,然而在实践中采集深层肌群的EMGs存在困难。本研究探讨在该模型框架内,协同外推(Syn X)是否能可靠地填补采集缺失的多通道肌群兴奋度,以实现多速步行时下肢肌力的完整及准确估计。方法收集了两名脑卒中患者多速步行时的运动捕捉、地面作用力以及完整的下肢EMGs。首先,构建了基于完整EMGs的肌电驱动肌骨模型,为后续对比提供“金标准”的肌肉兴奋度和肌力。其次,假设单侧16通道中的8路深层或表面肌群的EMGs缺失,计算基于Syn X的预测结果与“金标准”间的均方根误差(RMSE)和相关系数(r),以衡量形状和幅值相似度。最后,与传统的静态优化(SO)预测结果进行定量比较。结果Syn X预测的肌肉兴奋度与“金标准”在形状(r:0.55)和幅值(RMSE:0.08)上具有高度相似性。相较于SO,Syn X在预测肌肉兴奋度(RMSE:0.08 vs.0.15,r:0.55 vs.0.12)和肌力(RMSE:101.3 N vs.174.4 N,r:0.53 vs.0.07)的精度方面显著提高。此外,基于Syn X的肌电驱动肌骨模型能够还原与“金标准”相近的Hill肌力模型参数。结论Syn X使得在只有8通道表面EMGs情况下,建立下肢全关节肌电驱动肌骨模型成为可能,这将有助于设计个性化的康复干预方案。