編者薦語：
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)制作了用作步態(tài)分析研究的“膝關(guān)節(jié)擾動(dòng)外骨骼”。該研究使用了OptiTrack運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，幫助研究者追蹤并觀察健康人士行走中的下肢形態(tài)和膝關(guān)節(jié)突發(fā)應(yīng)急反應(yīng)，獲得詳細(xì)力學(xué)數(shù)據(jù)，改進(jìn)殘障人士下肢輔助工具及設(shè)備。
步態(tài)分析 & 運(yùn)動(dòng)捕捉
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 康復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室
行進(jìn)中人膝關(guān)節(jié)阻抗的動(dòng)態(tài)估測(cè)
如果截癱病人等下肢功能障礙患者能夠通過康復(fù)訓(xùn)練恢復(fù)部分行動(dòng)能力，這對(duì)他們來說好比點(diǎn)亮了人生的一盞明燈。法國(guó)Wondercraft公司就研發(fā)了免手持外骨骼，幫助喪失全部或部分步行能力的病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，最終讓病人完全或部分恢復(fù)自主行走能力。
外骨骼釋義及科研發(fā)展趨勢(shì)
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“外骨骼機(jī)器人是將人的智慧與機(jī)器的機(jī)械動(dòng)力裝置相結(jié)合的一種機(jī)器人，不僅可以為操作者提供保護(hù)、身體支撐等功能，還可以在操作者的控制下完成一定的功能和任務(wù)……在下肢功能障礙患者的步行功能鍛煉過程中的應(yīng)用逐漸增多；此外，其在單兵作戰(zhàn)裝備研發(fā)等軍事領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用?！?/p>
“對(duì)正常人體行走時(shí)的步態(tài)分析是人類下肢外骨骼設(shè)計(jì)的一個(gè)重要研究方面。由于人體下肢外骨骼需要輔助人體的承載并跟隨人體一同活動(dòng)，故對(duì)外骨骼的設(shè)計(jì)必須考慮外骨骼與操作者之間動(dòng)作的協(xié)調(diào)性和一致性，且應(yīng)與人體下肢具有相同的關(guān)節(jié)活動(dòng)度。因此，分析正常人體下肢活動(dòng)特點(diǎn)及行走時(shí)的步態(tài)是設(shè)計(jì)下肢外骨骼并實(shí)現(xiàn)行走的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)下肢外骨骼應(yīng)具備的關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)活動(dòng)度，然后通過人機(jī)互動(dòng)操作外骨骼，并對(duì)外骨骼機(jī)器人步態(tài)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，從而完成外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的仿生設(shè)計(jì)?！?/p>
“正常步態(tài)——即正常人體采用最自然、最舒適的姿態(tài)行進(jìn)時(shí)的步態(tài)，應(yīng)具有3個(gè)特點(diǎn)：身體平穩(wěn)，步長(zhǎng)適當(dāng)，耗能最少……步態(tài)分析是外骨骼機(jī)器人設(shè)計(jì)中不可或缺的技術(shù)環(huán)節(jié)，它通過生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)手段，揭示正常步態(tài)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和影響因素，從而有助于外骨骼機(jī)器人的步態(tài)機(jī)理研究，步態(tài)控制及行走穩(wěn)定性控制方法的研究等?！?/p>
摘自 王楠, 王建華, 周民偉.人體下肢外骨骼機(jī)器人的步態(tài)研究現(xiàn)狀[J].中國(guó)骨科臨床與基礎(chǔ)研究雜志, 2012.02, 4 (1): 62-64
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)制作了一個(gè)膝關(guān)節(jié)擾動(dòng)外骨骼。不同于前面所說的外骨骼康復(fù)訓(xùn)練輔助設(shè)備，這套膝關(guān)節(jié)擾動(dòng)外骨骼是為科學(xué)研究所生，通過觀察健康人走路過程中下肢形態(tài)，來改進(jìn)殘障人士下肢輔助工具及設(shè)備。該膝關(guān)節(jié)擾動(dòng)外骨骼能夠在健康實(shí)驗(yàn)者正常行走過程中隨機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)者的膝蓋施加機(jī)械反沖力，觀測(cè)健康膝關(guān)節(jié)如何調(diào)節(jié)外來反沖力造成的機(jī)械阻抗。
通過在實(shí)驗(yàn)者腿部骨骼關(guān)節(jié)處綁定被動(dòng)式運(yùn)動(dòng)捕捉標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)者在跑步機(jī)上調(diào)整好最舒適的前進(jìn)速度，并有多臺(tái)OptiTrack高速紅外運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)者的全身（尤其下肢）的動(dòng)作進(jìn)行捕捉。
RELab步態(tài)分析流程
An Exoskeleton for Perturbing the Knee During Gait
步態(tài)分析與OptiTrack運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用（3D骨骼運(yùn)動(dòng)畫面為OptiTrack軟件Motive使用界面）
步態(tài)行進(jìn)中擾動(dòng)膝蓋的外骨骼
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 - 膝蓋擾動(dòng)器
研究目標(biāo)：
開發(fā)一個(gè)動(dòng)力裝置外骨骼，在實(shí)驗(yàn)者行走中動(dòng)態(tài)擾動(dòng)膝蓋。
在步態(tài)周期的特定點(diǎn)設(shè)置簡(jiǎn)短的位置擾動(dòng)，并測(cè)量相互作用扭矩。
使用外骨骼研究膝關(guān)節(jié)神經(jīng)力學(xué)和步態(tài)/平衡控制。
實(shí)時(shí)導(dǎo)出到計(jì)算機(jī)上的運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)不僅可以幫助研究者觀察實(shí)驗(yàn)者的膝蓋在受到外骨骼的反沖力后如何反應(yīng)，研究者還可結(jié)合科研軟件，將動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成更加詳細(xì)的生物力學(xué)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行更為精密的分析和研究，幫助改進(jìn)現(xiàn)有假肢器官、矯正裝置及醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備。
