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动作捕捉·步态骨骼分析研究

教育装备采购网 2020-07-22 15:16 围观1次

  编者荐语:

  苏(su)黎(li)世联邦理工学院研发(fa)制作了用作步(bu)态(tai)分析研究(jiu)的(de)“膝关节扰(rao)动外骨骼”。该研究(jiu)使用了OptiTrack运(yun)动捕捉技(ji)术,帮(bang)助研究(jiu)者追踪并观察(cha)健康人士(shi)行走(zou)中的下肢形态和膝关(guan)节突发(fa)应(ying)急(ji)反应(ying),获得(de)详细力学(xue)数(shu)据,改进残(can)障人士(shi)下肢辅助工具及设备。

  步态分析 & 运动捕捉

  苏黎世联邦理工学院 康复工程实验室

动作捕捉·步态骨骼分析研究

行(xing)进中人膝关节阻抗的动态估(gu)测(ce)

  如果截瘫病人等下肢功能障碍患者能够通过康复训练恢复部分行动能力,这对他们来说好比点亮了人生的一盏明灯。法国Wondercraft公司就研发了免手持外骨骼,帮助丧失全部或部分步行能力的病人进行康复训练,终让病人完全或部分恢复自主行走能力。

  外骨骼释义及科研发展趋势

  “外(wai)骨骼机(ji)器(qi)人(ren)是(shi)将人(ren)的(de)智慧与(yu)机(ji)器(qi)的(de)机(ji)械动力装置相结合的(de)一(yi)种机(ji)器(qi)人(ren),不仅可(ke)以为操作(zuo)者提供保护、身体支撑等功(gong)能(neng),还可(ke)以在操作(zuo)者的(de)控(kong)制下(xia)完成一(yi)定的(de)功(gong)能(neng)和(he)任务……在下(xia)肢功(gong)能(neng)障碍(ai)患(huan)者的(de)步行(xing)功(gong)能(neng)锻炼过程(cheng)中的(de)应(ying)用逐渐增(zeng)多;此(ci)外(wai),其在单兵作(zuo)战装备研发等军事领域(yu)也得到(dao)了广泛应(ying)用。”

  “对(dui)正常人(ren)(ren)体行走时的(de)步态(tai)分析(xi)是(shi)人(ren)(ren)类下肢(zhi)(zhi)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)设(she)(she)(she)计(ji)的(de)一个重要研究方面。由于(yu)人(ren)(ren)体下肢(zhi)(zhi)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)需(xu)要辅助人(ren)(ren)体的(de)承载并跟随人(ren)(ren)体一同活(huo)动(dong)(dong),故(gu)对(dui)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)的(de)设(she)(she)(she)计(ji)必(bi)须(xu)考(kao)虑(lv)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)与操作(zuo)者(zhe)之间动(dong)(dong)作(zuo)的(de)协调性(xing)(xing)和一致性(xing)(xing),且应与人(ren)(ren)体下肢(zhi)(zhi)具有相同的(de)关节活(huo)动(dong)(dong)度。因此,分析(xi)正常人(ren)(ren)体下肢(zhi)(zhi)活(huo)动(dong)(dong)特点及行走时的(de)步态(tai)是(shi)设(she)(she)(she)计(ji)下肢(zhi)(zhi)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)并实现行走的(de)基础。在(zai)此基础上设(she)(she)(she)计(ji)下肢(zhi)(zhi)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)应具备(bei)的(de)关节及关节活(huo)动(dong)(dong)度,然(ran)后通过人(ren)(ren)机互动(dong)(dong)操作(zuo)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge),并对(dui)外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)机器人(ren)(ren)步态(tai)的(de)稳定性(xing)(xing)进行控制,从而完(wan)成外(wai)骨(gu)骼(ge)(ge)机器人(ren)(ren)系统的(de)仿生设(she)(she)(she)计(ji)。”

  “正(zheng)常步(bu)(bu)(bu)态(tai)(tai)(tai)——即正(zheng)常人(ren)体采用自然(ran)、舒适的(de)姿态(tai)(tai)(tai)行(xing)进时(shi)的(de)步(bu)(bu)(bu)态(tai)(tai)(tai),应具有(you)3个特点(dian):身体平(ping)稳(wen),步(bu)(bu)(bu)长(zhang)适当,耗能少……步(bu)(bu)(bu)态(tai)(tai)(tai)分析是外(wai)骨(gu)骼机器人(ren)设计中不可或(huo)缺的(de)技术环节,它(ta)通过生物力学(xue)和(he)运(yun)动(dong)学(xue)手段,揭示(shi)正(zheng)常步(bu)(bu)(bu)态(tai)(tai)(tai)的(de)关键环节和(he)影响(xiang)因素,从而有(you)助于(yu)外(wai)骨(gu)骼机器人(ren)的(de)步(bu)(bu)(bu)态(tai)(tai)(tai)机理研(yan)究,步(bu)(bu)(bu)态(tai)(tai)(tai)控制及行(xing)走稳(wen)定性控制方(fang)法的(de)研(yan)究等。”

  摘自(zi) 王(wang)楠, 王(wang)建华, 周民伟.人体下(xia)肢外骨骼(ge)机器人的步态研(yan)究现状[J].中国骨科临床与基础研(yan)究杂志, 2012.02, 4 (1): 62-64

  苏黎世联邦理(li)工学院(yuan)研发制作了一个膝(xi)(xi)(xi)关节扰(rao)动(dong)外骨骼(ge)(ge)。不同(tong)于(yu)前(qian)面所说(shuo)的外骨骼(ge)(ge)康(kang)(kang)复训练辅助设备,这(zhei)套膝(xi)(xi)(xi)关节扰(rao)动(dong)外骨骼(ge)(ge)是为科学研究所生,通(tong)过观(guan)察健康(kang)(kang)人走(zou)路过程中下肢形(xing)态,来改进残障人士下肢辅助工具及设备。该膝(xi)(xi)(xi)关节扰(rao)动(dong)外骨骼(ge)(ge)能够在健康(kang)(kang)实(shi)验者正常行(xing)走(zou)过程中随机对实(shi)验者的膝(xi)(xi)(xi)盖施(shi)加机械反冲力,观(guan)测健康(kang)(kang)膝(xi)(xi)(xi)关节如何调节外来反冲力造成的机械阻抗。

  通过在实验者腿部骨骼关节处绑定被动式运动捕捉标记点,实验者在跑步机上调整好最舒适的前进速度,并有多台OptiTrack高速红外运动捕捉摄像机对实验者的全身(尤其下肢)的动作进行捕捉。

  RELab步态分析流程

  An Exoskeleton for Perturbing the Knee During Gait

  步态分析OptiTrack运动捕捉技术的结合应用(3D骨骼运动画面为OptiTrack软件Motive使用界面)

动作捕捉·步态骨骼分析研究

步态行进中扰动膝盖的外骨骼

苏黎世联邦理工学(xue)院 - 膝(xi)盖扰(rao)动器(qi)

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