动力髋关节外骨骼辅助研究

使用外骨骼实现社区行走的一个重大挑战是提供自适应控制系统来完成各种运动任务。 今天开发的许多外骨骼都没有详细了解该设备对人体肌肉骨骼系统的影响。 该研究有兴趣探索控制系统如何影响人体生物力学的问题，包括运动学、动力学和肌肉激活模式。 通过基于人体生物力学优化外骨骼控制器并根据任务调整控制，这项工作将能够为患者提供最大的益处，并推动辅助髋关节外骨骼的最新技术发展。 可以从下肢辅助技术中受益的大量患者是中风幸存者，这是该提案针对的特定人群。 恢复行走能力的中风幸存者的一个共同特征是臀部肌肉因远端无力而过度劳累。 研究人员建议使用动力髋关节外骨骼来增强他们的近端肌肉组织，这需要在大多数运动活动中产生显着的功率输出，例如站立、行走、上楼梯或斜坡。 中风幸存者的另一个生物力学方面是运动学、动力学和肌肉激活方面的不对称步态。 研究小组将研究哪种外骨骼辅助对中风幸存者增强社区行走能力最有益。 假设是由于步态是不对称的，控制器将需要不对称以提供最佳辅助以帮助移动。 该小组的长期研究目标是创造动力辅助外骨骼设备，通过改善步行速度和社区步行能力等临床结果，对患有严重下肢残疾的人具有重要价值。 拟议项目的总体目标是研究使用带有自适应控制器的髋关节外骨骼的生物力学效果，以帮助患有下肢缺陷的中风幸存者提高他们的社区行走能力。 涵盖这两个目标的中心假设是，适应环境地形的外骨骼控制将改善人类外骨骼用户在社区行走任务中的移动性指标。 理由是，由于人类生物力学会根据任务而变化，因此外骨骼控制器同样需要优化其辅助水平以匹配人类正在做的事情。 拟议研究的第一个目的是确定适应环境的外骨骼控制对提高社区行走能力的好处。 该团队之前曾在跑步机上为身体健全的受试者设计并广泛测试了自主髋关节外骨骼。 研究人员计划将他们的控制框架扩展到地面行走，并调整辅助幅度和时间水平，以便在他们新颖的地形公园中实现在楼梯和坡道上的高效移动。 研究人员计划将根据运动任务调整其辅助策略的控制器与静态控制器以及未佩戴外骨骼的控制器进行比较。 该目标的主要假设是适应环境地形的外骨骼控制将提高移动性指标，例如人类外骨骼用户在社区行走任务中的任务完成速度。 这些目标的预期结果将是加深对在地面行走、坡道和楼梯等社区步行任务中使用机器人外骨骼进行髋关节辅助的生物力学和临床效果的理解。 这项工作将为更广泛的优化控制器计划研究奠定基础，以使用动力髋关节自主外骨骼改善行走障碍者的生物力学。