截瘫助行外骨骼经过近年来的快速发展技术已日趋成熟,一些外骨骼也相继投入商业化运营。然而也应当看到目前外骨骼发展面临的问题与挑战依然不少。首先,驱动人体下肢运动需要的扭矩较大,早期外骨骼有采用液压驱动件来获得相对大扭矩,但使得整体驱动单元较大。随着电机和减速器性能的提高,当前绝大多数外骨骼都采用电机驱动,虽然能效比得以提高,然而驱动装置过大过重的矛盾仍然没有得到有效解决。今后外骨骼的发展应该特别重视机电系统的设计与优化,降低驱动装置的重量和体积、提高能效。
当前外骨骼发展面临的另一个问题是穿戴者神经系统与外骨骼没有直接的信息交互,外骨骼并不能直接“理解”穿戴者意图。当前外骨骼人机交互方式主要有脑电、肌电、力传感器、倾角传感器、硬度计以及直接采用按键摇杆等。虽然脑电肌电的交互方式由于信号直接采集自人体具有自动化程度高的优点,然而这种方式控制复杂,且交互的准确性和安全性依然有待提高。采用传感器采集人体动作的方式与脑电肌电方式相比自动化程度稍低,然而技术更成熟,目前多数外骨骼采用该方式进行交互。采用按键摇杆控制的方式最简单,然而完全依赖人手动作,自动化程度低。当前无论哪一种方式都有其缺点,开发更有效的人机交互技术仍是今后外骨骼技术发展的重点。
由于目前绝大多数外骨骼都是由健康人开发,导致其设计理念或多或少受其本身思想影响,所以更需要从患者角度出发充分考虑残疾人自身能力,发挥其残存肌力。虽然像范德华大学开发的外骨骼已经将肌肉功能电刺激技术FES 应用于外骨骼,然而其可控性和安全性还有待提高。如果能在外骨骼设计时充分利用患者残存肌力,不但对减小驱动机构所需扭矩有利,而且预期可以获得更好的康复效果。今后,康复观念在人机互动技术上的应用于发展仍是一大挑战。
外骨骼穿戴舒适性仍然有待提高。当前的一些外骨骼人机物理接口差,使用者长时间穿戴会感到不适,因此,需要更好的以人为本的设计实现技术。此外,残疾人有着极强的自尊心,渴望像正常人一样生活。如果外骨骼能帮助患者实现直立行走的同时,减小肢体残疾给心理上造成的影响,这对于他们身心康复将更为有利。考虑心理效应及其影响仍然是今后外骨骼设计的重点。
标签: 倾角传感器
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