外骨骼助力负重中下肢肌肉收缩与协作机制

作     者：李怀仙 程文明 刘放 张铭奎 杨春梅 LI Huaixian;CHENG Wenming;LIU Fang;ZHANG Mingkui;YANG Chunmei

作者机构：西南交通大学机械工程学院四川成都610031 西南交通大学体育部四川成都610031 

出 版 物：《西南交通大学学报》 (Journal of Southwest Jiaotong University)

年 卷 期：2018年第53卷第6期

页      面：1286-1294页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0836[工学-生物工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51675450) 教育部"春晖计划"资助项目(Z2014036) 

主　　题：外骨骼 人机交互 表面肌电 肌肉收缩 肌肉协作 

摘      要：为了评估助力外骨骼人机交互性能,探索更优的外骨骼人机结构和人机协调控制策略,通过实验评估了9名健康男性在常规负重和外骨骼助力负重行走中,下肢肌肉平均活动、肌肉成对收缩指标和肌肉整体协调机制的特征与变化.实验结果表明:外骨骼助力增加了肌肉平均活动,尤其是踝关节跖屈肌腓骨长肌,显示了当前外骨骼在踝关节/脚部位的人机界面设计存在缺陷;降低了成对肌肉的平均收缩指标,增大了肌肉收缩范围;肌肉模块化协作复杂度相似,解释方差水平值分别为95%和96%,但常规负重下的模块仅能描述外骨骼助力时83%～91%的肌电变量,这表明人体在外骨骼助力下不会单一地依赖中心控制和模块控制来协调肌肉活动,而是采取灵活且有规律的神经肌肉调节机制;肌间协作权重和肌肉激活尺度系数呈完全不同的形态,采取了与常规步态下完全不同的控制策略;进一步设计踝关节/脚人机交互界面,参考助力下神经肌肉调节机制规律来设计人机交互策略,将提高外骨骼人机可用性和人机交互性能.