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浙江大学学报:工学版 2023年第10期57卷 2077-2085页

作者：何恺伦吕健李林徐兆潘伟杰贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵州贵阳550025 贵州航天控制技术有限公司贵州贵阳550009

针对穿戴无源下肢外骨骼疲劳状态评价片面的问题,提出一种结合肌肉疲劳阈值(EMGFT)、生物力学分析和主观疲劳自觉量表(sRPE)的外骨骼综合效能评价方法.区别于传统表面肌电信号(sEMG)或血氧饱和度的单一测定方法,所提方法可以有效提高无... 详细信息

针对穿戴无源下肢外骨骼疲劳状态评价片面的问题,提出一种结合肌肉疲劳阈值(EMGFT)、生物力学分析和主观疲劳自觉量表(sRPE)的外骨骼综合效能评价方法.区别于传统表面肌电信号(sEMG)或血氧饱和度的单一测定方法,所提方法可以有效提高无源负载下肢外骨骼效能评测精度.通过动作捕捉对受试者进行步态对比分析,获取空间位置信息与肌肉发力情况,并计算下肢膝关节稳定性;采集受试者的sEMG进行预处理,并计算肌肉疲劳阈值;结合sRPE评分与膝关节偏移量方差对EMGFT进行主客观验证.结果表明所提方法可以有效评价无源下肢外骨骼,外骨骼使受试者EMGFT到达时间平均推迟了42.9%,下肢稳定性提升了75.8%,主观疲劳感受缓解了30.3%.

关键词：无源下肢外骨骼肌肉疲劳阈值动作捕捉步态分析主观疲劳量表

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户外负载下肢外骨骼机器人系统设计与评价方法

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作者：何恺伦贵州大学

学位级别：硕士

针对穿戴无源下肢外骨骼疲劳评价方式片面问题,提出基于表面肌电信号（surface electromyography,s EMG）的外骨骼疲劳阈值(electromyogram fatigue threshold,EMG)评价方法,通过该方法验证其对于外骨骼的有效性,同时设计基于评价方法... 详细信息

针对穿戴无源下肢外骨骼疲劳评价方式片面问题,提出基于表面肌电信号（surface electromyography,s EMG）的外骨骼疲劳阈值(electromyogram fatigue threshold,EMG)评价方法,通过该方法验证其对于外骨骼的有效性,同时设计基于评价方法的外骨骼主客观评价体系,该体系引入人体下肢稳定性分析以及主观自觉疲劳评分量表（scale for Rating of Perceived Exertion,s RPE）,对评价方法进行主客观验证并作为评价指标共同构建评价体系。依托评价体系对外骨骼进行人机优化开发并实践该评价体系,最终证实评价体系可行性。具体工作内容包三大部分以及应用研究。第一部分,以人体下肢解剖学作为研究基础,对其进行下肢运动逻辑分析以及外骨骼人机关系研究,对人体行走动作进行步态分析。然后对步态过程中下肢关节以及肌肉发力特点进行分析,划分主要发力肌群以及关节活动方式,作为后续实验数据来源的基础。提出基于s EMG的无源下肢外骨骼评价方法。第二部分,针对外骨骼使用对象,设计无源下肢外骨骼负载递增实验,并进行基于EMG外骨骼效能评测。实验从EMG算法及其原理入手,开展s EMG与EMG方法的对比,并最终选择通过EMG作为外骨骼评价指标,然后展开实验设计,详细描述实验目的及设计思路,同时详细记录实验环境、设备、受试者情况以及数据采集与实验流程。最后根据实验结果通过EMG对外骨骼进行效能评价。第三部分,构建外骨骼主客观评价体系,针对单一数据的不稳定性,引入下肢稳定性分析以及主观疲劳评分系统,利用其相互影响的性质,对外骨骼评价方法进行验证并构建评价体系。该部分着重展示下肢稳定性评价方法以及主观疲劳评分的实际用途,并对主客观疲劳状态进行对比,证明了该方法的优势并给出了评价结果,同时给出实验结论。应用研究部分,根据所构建的外骨骼主客观评价体系,对实验用无源下肢外骨骼原型机开展人机优化实践,分别对外骨骼评价结果所给出的多个优化方向进行开发。根据实验反馈,结合下肢稳定性分析结果对下肢刚性结构进行设计,结合EMG评价结果对腿部绑缚进行设计。通过结合人机工程学设计原则,从材料,结构,外形等方面入手,提升使用者舒适度。最终给出优化结果以及部分优化实例,并通过评价体系验证了其可行性,为将来相关工作者提供方法思路,以及一定轮流支撑。

关键词：无源下肢外骨骼肌肉疲劳阈值动作捕捉步态分析主观疲劳量表外骨骼人机优化

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