Meetmethode Tests Fit van exoskeletten

Exoskeletten, waarvan er vele worden aangedreven door veren of motoren, kunnen pijn of letsel veroorzaken als hun gewrichten niet zijn uitgelijnd met die van de gebruiker. Om deze risico's te verkleinen is een nieuwe meetmethode ontwikkeld om te testen of een exoskelet en de drager soepel en in harmonie bewegen.

De methode is een optisch volgsysteem (OTS) dat lijkt op de motion capture-technieken die door filmmakers worden gebruikt om door de computer gegenereerde personages tot leven te brengen. De OTS maakt gebruik van speciale camera's die licht uitstralen en vastleggen wat wordt teruggekaatst door sferische markeringen die op interessante objecten zijn aangebracht. Een computer berekent de positie van de gelabelde objecten in de 3D-ruimte. De aanpak werd gebruikt om de beweging van een exoskelet te volgen en teststukken, 'artefacten' genoemd, die aan de gebruiker waren vastgemaakt.

Het uiteindelijke doel is om deze artefacten op een persoon te plaatsen, het exoskelet aan te brengen, het verschil te vergelijken tussen de persoon die de artefacten draagt ​​en het exoskelet, en te kijken of ze samen bewegen. Als ze anders bewegen of als het niet goed past, kunnen er aanpassingen worden gedaan.

Onderzoekers wilden de beweging van de knie vastleggen - een van de relatief eenvoudige gewrichten van het lichaam. Om de meetonzekerheid van de nieuwe aanpak te beoordelen, construeerden ze twee kunstmatige benen als proefbedden. De ene had een kant-en-klare protheseknie, terwijl de andere een 3D-geprinte knie had die het echte werk beter nabootste. Metalen platen werden ook aan de benen vastgemaakt met bungee-koorden om exoskeletale ledematen of testartefacten aan het lichaam weer te geven. Na het bevestigen van markeringen op de poten en platen, gebruikte het team de OTS en een digitale gradenboog om de kniehoeken over hun volledige bewegingsbereik te meten. Door de twee sets metingen te vergelijken, konden ze bepalen dat hun systeem de beenpositie nauwkeurig kon volgen. De tests toonden ook aan dat hun systeem de afzonderlijke bewegingen van de benen en exoskeletplaten kon berekenen, waardoor de onderzoekers konden aantonen hoe nauw de twee zijn uitgelijnd tijdens het bewegen.

Om de methode aan te passen voor gebruik op het been van een echte persoon, heeft het team verstelbare artefacten ontworpen en in 3D geprint die - zoals een kniebrace - passen op de dij en het scheenbeen van de gebruiker. In tegenstelling tot de huid, die verschuift vanwege zijn eigen elasticiteit en samentrekkende spieren eronder, of nauwsluitende kleding die voor sommigen misschien oncomfortabel is, bieden deze artefacten een stijf oppervlak om stabiel en consistent markeringen op verschillende mensen te plaatsen. Het team monteerde de knie-artefacten en een exoskelet over het hele lichaam gegarneerd met reflecterende markeringen op een menselijk onderwerp. Terwijl de OTS toekeek, voerde de proefpersoon verschillende sets squats uit. Uit de tests bleek dat het been van de proefpersoon en het exoskelet meestal in harmonie bewogen. Maar voor korte momenten bewoog het lichaam van het onderwerp terwijl het exoskelet dat niet deed. Deze pauzes kunnen worden verklaard door de manier waarop dit exoskelet werkt.

Om extra kracht te bieden, maakt het gebruik van veren, die in- en uitschakelen als de persoon beweegt. Het exoskelet pauzeert wanneer de veren van modus veranderen en tijdelijk weerstand bieden aan de beweging van de gebruiker. Door de nuances van de functie van het exoskelet te detecteren, toonde de nieuwe meetmethode zijn aandacht voor detail.

De ruwe data alleen laten niet altijd zien of een fit voldoende is. Om de nauwkeurigheid van hun methode te verbeteren, zal het team ook computationele algoritmen gebruiken om de positionele gegevens te analyseren. De volgende stappen zijn het ontwikkelen van artefacten voor de arm, de heup en eigenlijk alle gewrichten waarmee het exoskelet in lijn zou moeten zijn, en vervolgens soortgelijke tests uit te voeren.