無源上肢外骨骼的基礎(chǔ)協(xié)調(diào)性評(píng)估

周針兵，干靜，文心雨，譙鏡樺

無源上肢外骨骼的基礎(chǔ)協(xié)調(diào)性評(píng)估

周針兵，干靜，文心雨，譙鏡樺

（四川大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610065）

外骨骼能為人類運(yùn)動(dòng)提供輔助力，輔助人們完成更高強(qiáng)度的工作，在市場(chǎng)中的應(yīng)用日益增加，解決其人機(jī)協(xié)調(diào)性問題變得尤為重要。為評(píng)估無源上肢外骨骼在三個(gè)運(yùn)動(dòng)平面上的基礎(chǔ)協(xié)調(diào)性，12名受試者模擬了3種基礎(chǔ)負(fù)重任務(wù)。運(yùn)用光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備采集受試者肩肘腕關(guān)節(jié)、腕肩髖的夾角和兩肘間距的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并使用SPSS對(duì)其進(jìn)行Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，最后通過五級(jí)李克特量表問卷采集主觀評(píng)估數(shù)據(jù)，驗(yàn)證主客觀結(jié)果的一致性。結(jié)果顯示，該上肢外骨骼對(duì)水平面任務(wù)的干擾較為明顯，會(huì)限制雙臂水平向后擺動(dòng)；對(duì)其余運(yùn)動(dòng)平面的干擾較小，不影響任務(wù)的正常完成。該外骨骼的協(xié)調(diào)性有待進(jìn)一步提高，主客觀結(jié)果一致，表明該方法能有效的定量評(píng)估外骨骼的協(xié)調(diào)性。

外骨骼；動(dòng)作捕捉；協(xié)調(diào)性評(píng)估；運(yùn)動(dòng)平面

外骨骼是一種可穿戴的機(jī)械助力設(shè)備，可輔助人類完成各項(xiàng)任務(wù)活動(dòng)，提高人們的負(fù)載能力和工作效率等。在工業(yè)4.0時(shí)代，人們對(duì)提高生產(chǎn)力有了更高的訴求，讓外骨骼成為當(dāng)今的一大研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域的技術(shù)研究也取得了大量的成果[1-5]，被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域[6-10]。在迎來技術(shù)革新的同時(shí)，外骨骼也迎來了人機(jī)協(xié)同的挑戰(zhàn)。常用的人機(jī)評(píng)估方法包括計(jì)算機(jī)仿真法、查表法和模糊綜合評(píng)價(jià)法等[11]。李佳璐等[12]從用戶體驗(yàn)角度建立了外骨骼的舒適性綜合評(píng)價(jià)模型。孫明艷等[13]通過仿真分析驗(yàn)證了一款下肢外骨骼裝置與人體行走的跟隨性，并優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。Maurice等[14]通過生理和心理指標(biāo)評(píng)估了上肢外骨骼完成過頭頂任務(wù)的輔助效果，發(fā)現(xiàn)能有效地降低肩部的疲勞度，并且不會(huì)影響任務(wù)的完成質(zhì)量。Alabdulkarim等[15]發(fā)現(xiàn)穿戴無源外骨骼完成高精度任務(wù)時(shí)，會(huì)增加穿戴者部分肌肉的活性，同時(shí)降低任務(wù)完成質(zhì)量。目前對(duì)外骨骼的人機(jī)研究主要集中在舒適性和助力效果方面，對(duì)協(xié)調(diào)性的研究較少。

人機(jī)協(xié)調(diào)即機(jī)器不影響人的正常活動(dòng)，不干擾人的正常動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)隨人動(dòng)、人機(jī)行為協(xié)調(diào)一致。外骨骼的協(xié)調(diào)性評(píng)估是產(chǎn)品投入市場(chǎng)前的重要環(huán)節(jié)，大部分初代外骨骼產(chǎn)品均存在一定的的人機(jī)協(xié)調(diào)問題，迫切需要相關(guān)的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，以優(yōu)化外骨骼產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性，提高產(chǎn)品的體驗(yàn)感。因此，本文將模擬3種基礎(chǔ)任務(wù)，運(yùn)用動(dòng)作捕捉評(píng)估一款新型無源上肢外骨骼在三個(gè)運(yùn)動(dòng)平面上的基礎(chǔ)協(xié)調(diào)性。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

實(shí)驗(yàn)選用一款新型無源消防上肢外骨骼，該外骨骼能為消防員提供輔助力，輔助消防員完成各項(xiàng)高強(qiáng)度消防任務(wù)。由于消防任務(wù)復(fù)雜多樣，消防動(dòng)作無典型性。因此本次實(shí)驗(yàn)將消防動(dòng)作分解為在冠狀面、矢狀面和水平面上的基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)，模擬了3種基礎(chǔ)任務(wù)，運(yùn)用光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備采集穿戴外骨骼前后的客觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，然后使用五級(jí)李克特量表采集主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證主客觀的一致性，以評(píng)估該無源上肢外骨骼的協(xié)調(diào)性，為其協(xié)調(diào)性的改進(jìn)提供定量參考。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.1.1 無源上肢外骨骼

如圖1所示，自重6 kg，適用身高范圍為165～180 cm，主要用于協(xié)助消防員完成各項(xiàng)消防任務(wù)，為消防員提供輔助力，提升消防員的的負(fù)載能力和體能極限，具體穿戴效果圖如圖2所示。

圖1 無源上肢外骨骼示意圖

圖2 穿戴效果圖

1.1.2 光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備

選用NOKOV度量光學(xué)三維動(dòng)作捕捉儀作為本次實(shí)驗(yàn)的客觀數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采樣頻率為60 幀/s。在受試者雙側(cè)的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)粘貼Mark點(diǎn)，以采集兩肘間距的變化、雙側(cè)腕肩髖的夾角數(shù)據(jù)和雙側(cè)肩肘腕關(guān)節(jié)處的速度以及加速度變化，共計(jì)粘貼8個(gè)點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 Mark點(diǎn)粘貼示意圖

1.2 受試者選擇

該上肢外骨骼是一款針對(duì)消防員而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，因此選擇男性作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。共選擇了12名健康男性（慣用右手）完成本次試驗(yàn)，年齡為22.5±2歲，身高為174±3.8 cm，體重為65.7±5.6 kg。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)區(qū)域共安裝8個(gè)攝像頭，如圖4所示，在實(shí)驗(yàn)區(qū)域用黃色膠帶圍成3.2×2.5 m的長(zhǎng)方形，標(biāo)記中心點(diǎn)，讓受試者站在中心點(diǎn)，根據(jù)節(jié)拍器節(jié)奏執(zhí)行任務(wù)，1個(gè)節(jié)拍間隔為1.5 s。任務(wù)開始前，讓受試者穿戴熟悉無源上肢外骨骼和實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并進(jìn)行節(jié)拍訓(xùn)練，當(dāng)受試者完全熟悉節(jié)拍和實(shí)驗(yàn)任務(wù)后正式開始實(shí)驗(yàn)。

圖4 動(dòng)作捕捉場(chǎng)景示意圖

1.3.2 任務(wù)描述

在穿戴/未穿戴無源上肢外骨骼條件下，模擬了冠狀面、矢狀面和水平面上的3種基礎(chǔ)負(fù)重任務(wù)。雙手各負(fù)重2.5 kg啞鈴，用以等效消防工具重量。因受試者并未受過專業(yè)的消防訓(xùn)練，所以在實(shí)驗(yàn)開始前安排了預(yù)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的反饋，設(shè)置了合適的任務(wù)強(qiáng)度。受試者在負(fù)重情況下根據(jù)節(jié)拍完成指定任務(wù)，每種任務(wù)采集25次動(dòng)作，每完成一種任務(wù)休息2 min，直至完成所有任務(wù)。

（1）側(cè)平舉任務(wù)（冠狀面）：雙手各持一只啞鈴，身體直立。手臂自然下垂，掌心相對(duì)。根據(jù)節(jié)拍，將啞鈴向身體兩側(cè)平舉，直至手臂與地面平行，然后將手臂恢復(fù)至初始自然下垂位置，整個(gè)過程手臂起落各占1個(gè)節(jié)拍，1個(gè)節(jié)拍1.5 s，1次動(dòng)作共2個(gè)節(jié)拍。共采集25次動(dòng)作，完成任務(wù)后休息2 min。

（2）過頂前平舉任務(wù)（矢狀面）：身體直立，雙手各持一只啞鈴，手臂在身體前方自然下垂，根據(jù)節(jié)拍，以手臂為半徑做圓弧運(yùn)動(dòng)，將啞鈴舉過頭頂至最高點(diǎn)，然后原路降回起始位置。動(dòng)作節(jié)拍間隔和采集次數(shù)同（1）。

（3）水平擴(kuò)胸任務(wù)（水平面）：身體直立，雙手各持一只啞鈴，將掌心放在自己的胸前，并保持手臂與地面平行，根據(jù)節(jié)拍，兩臂用力向后擺動(dòng)，到達(dá)最大位置后，向前恢復(fù)至起始位置。動(dòng)作節(jié)拍間隔和采集次數(shù)同（1）。

1.3.3 數(shù)據(jù)采集與分析

實(shí)驗(yàn)采集了受試者完成任務(wù)時(shí)的各項(xiàng)客觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和完成任務(wù)后的主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。任務(wù)（1）（2）采集受試者雙側(cè)腕肩髖的夾角數(shù)據(jù)和雙側(cè)肩肘腕關(guān)節(jié)處的速度以及加速度，任務(wù)（3）采集受試者兩肘的運(yùn)動(dòng)間距和雙側(cè)腕肩髖的夾角數(shù)據(jù)和雙側(cè)肩肘腕關(guān)節(jié)處的速度以及加速度，然后通五級(jí)李克特過量表獲取受試者對(duì)上肢外骨骼的主觀協(xié)調(diào)性評(píng)分。截去動(dòng)捕首末3 s的數(shù)據(jù)，以避免實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果造成影響。使用SPSS 21.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Shapiro-Wilk正態(tài)檢驗(yàn)，結(jié)果顯示數(shù)據(jù)為非正態(tài)分布，因此選用非參數(shù)Wilcoxon秩和檢驗(yàn)分析受試者穿戴/未穿戴無源上肢外骨骼時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的顯著性差異，顯著性水平設(shè)為＜0.05，然后結(jié)合采集的主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證主客觀的一致性。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果

2.1 客觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)果

在受試者穿戴/未穿戴無源上肢外骨骼條件下，通過動(dòng)作捕捉設(shè)備，采集了受試者完成負(fù)重側(cè)平舉任務(wù)和過頂前平舉任務(wù)時(shí)的肩肘腕速度、加速度和腕肩髖夾角的數(shù)據(jù)，以及完成水平擴(kuò)胸任務(wù)時(shí)的肩肘腕速度、加速度和兩肘間距的數(shù)據(jù)。

2.1.1 顯著性差異結(jié)果

記右腕肩髖夾角為RWA，左腕肩髖夾角為L(zhǎng)WA，下角標(biāo)1表示穿戴外骨骼，0表示未穿戴外骨骼，RWA1-RWA0表示穿戴外骨骼時(shí)右腕肩髖夾角與未穿戴外骨骼時(shí)右腕肩髖夾角的配對(duì)組。記兩肘間距為ED，右肩關(guān)節(jié)、右肘關(guān)節(jié)、右腕關(guān)節(jié)為RS、RE、RW，左肩關(guān)節(jié)、左肘關(guān)節(jié)、左腕關(guān)節(jié)為L(zhǎng)S、LE、LW，按照上述標(biāo)記法完成各配對(duì)組的標(biāo)記。

該無源上肢外骨骼對(duì)腕肩髖夾角和兩肘間距的影響，如表1所示。在側(cè)平舉任務(wù)和過頂前平舉任務(wù)中，穿戴該上肢外骨骼均對(duì)腕肩髖夾角無顯著性差異。在水平擴(kuò)胸任務(wù)中，對(duì)兩肘間距有顯著性差異。

無源上肢外骨骼對(duì)肩肘腕關(guān)節(jié)速度的影響，如表2所示。在側(cè)平舉任務(wù)中，穿戴該上肢外骨骼僅對(duì)右肩關(guān)節(jié)速度和左肘關(guān)節(jié)速度有顯著性差異。在過頂前平舉任務(wù)中，僅對(duì)右肘關(guān)節(jié)速度有顯著性差異。在水平擴(kuò)胸任務(wù)中，顯著性差異較為明顯，對(duì)右肩關(guān)節(jié)、右肘關(guān)節(jié)、左肩關(guān)節(jié)和左腕關(guān)節(jié)的速度均有顯著性差異，僅對(duì)右腕關(guān)節(jié)速度和左肘關(guān)節(jié)速度無顯著性差異。

表1 腕肩髖夾角和兩肘間距顯著性水平

注：*表示＜0.05，具有顯著性差異。

表2 肩肘腕關(guān)節(jié)速度顯著性水平

注：*表示＜0.05，具有顯著性差異。

無源上肢外骨骼對(duì)肩肘腕關(guān)節(jié)加速度的影響，如表3所示。在側(cè)平舉任務(wù)中，穿戴該上肢外骨骼僅對(duì)左肘關(guān)節(jié)加速度有顯著性差異。在過頂前平舉任務(wù)中，僅對(duì)右肘關(guān)節(jié)加速度有顯著性差異。在水平擴(kuò)胸任務(wù)中，顯著性差異較為明顯，僅對(duì)右腕關(guān)節(jié)和左肩關(guān)節(jié)加速度無顯著性差異，對(duì)其與關(guān)節(jié)點(diǎn)速度均有顯著性差異。

表3 肩肘腕關(guān)節(jié)加速度顯著性水平

注：*表示＜0.05，具有顯著性差異。

2.1.2 運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)結(jié)果

如圖5所示，在側(cè)平舉任務(wù)中，穿戴該上肢外骨骼降低了雙側(cè)膝腕肩髖夾角，右腕肩髖夾角降低了3.29%，左腕肩髖夾角降低了0.91%。雙臂肩肘腕關(guān)節(jié)點(diǎn)的速度和加速度均呈下降的趨勢(shì)。各關(guān)節(jié)速度的整體變化范圍為-15.22%～-2.56%，速度下降最大的為左肩關(guān)節(jié)速度（-15.22%）；加速度方面，整體變化范圍為-4.72%～-0.09%，加速度下降最大的為左肩關(guān)節(jié)（-4.72%）。詳細(xì)變化趨勢(shì)見圖5，*表示該組存在顯著性差異，＜0.05。誤差線表示該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

圖5 側(cè)平舉任務(wù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

如圖6所示，在過頂前平舉任務(wù)中，穿戴該上肢外骨骼降低了雙側(cè)膝腕肩髖夾角，右腕肩髖夾角降低了3.68%，左腕肩髖夾角降低了4.43%。雙臂肩肘腕關(guān)節(jié)點(diǎn)的速度和加速度均呈下降的趨勢(shì)。各關(guān)節(jié)速度的整體變化范圍為-14.41%～-5.42%，速度下降最大的為左肩關(guān)節(jié)速度（-14.41%）；加速度方面，整體變化范圍為-7.16%～-1.47%，加速度下降最大為左腕關(guān)節(jié)（-4.72%）。詳細(xì)變化趨勢(shì)見圖6，*表示該組存在顯著性差異，＜0.05。

圖6 過頂前平舉任務(wù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

如圖7所示，在水平擴(kuò)胸任務(wù)中，穿戴該上肢外骨骼使兩肘間距增加，增加了17.62%。雙臂肩肘腕關(guān)節(jié)點(diǎn)的速度和加速度以下降趨勢(shì)為主。各關(guān)節(jié)速度的整體變化范圍為-10.55%～25.91%，僅右肩關(guān)節(jié)和左肩關(guān)節(jié)的速度有所增加，右肩關(guān)節(jié)速度增加值為25.91%，左肩關(guān)節(jié)增加值為21.50%。其余關(guān)節(jié)點(diǎn)速度均表現(xiàn)為下降，速度下降最大的為左肘關(guān)節(jié)（-10.55%）；在加速度方面，整體變化范圍為-34.82%～25.71%，僅右肩關(guān)節(jié)加速度有所增加，增加值為25.71%。其余關(guān)節(jié)點(diǎn)加速度均表現(xiàn)為下降，加速度下降最大為左腕關(guān)節(jié)（-34.82%）。變化趨勢(shì)見圖7，*表示該組存在顯著性差異，＜0.05。

圖7 水平擴(kuò)胸任務(wù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

2.2 主觀量表數(shù)據(jù)結(jié)果

在任務(wù)結(jié)束后，使用五級(jí)李克特量表采集受試者的主觀協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。評(píng)分采用5分制，分?jǐn)?shù)越高代表主觀協(xié)調(diào)性越好。在主觀評(píng)分中，側(cè)平舉任務(wù)的協(xié)調(diào)性評(píng)分為3.42±0.79，過頂前平舉任務(wù)的協(xié)調(diào)性評(píng)分為3.50±0.52，水平擴(kuò)胸任務(wù)評(píng)分為2.33±0.49，對(duì)產(chǎn)品的整體協(xié)調(diào)性接受度評(píng)分為3.75±0.45。在完成量表評(píng)價(jià)后，對(duì)受試者進(jìn)行了補(bǔ)充訪問。受試者均表示在完成側(cè)平舉和過頂前平舉任務(wù)時(shí)，該上肢外骨骼帶來的干擾較小，不影響任務(wù)的正常完成。但在完成水平擴(kuò)胸任務(wù)時(shí)，上肢外骨骼的干擾較明顯，需要調(diào)整姿勢(shì)克服外骨骼帶來的干擾。具體評(píng)分趨勢(shì)，如圖8所示。

圖8 主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

3 討論

3.1 客觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析

在客觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)果中，各項(xiàng)任務(wù)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同程度的顯著性差異。穿戴/未穿戴該上肢外骨骼完成負(fù)重側(cè)平舉和過頂前平舉任務(wù)時(shí)，腕肩髖的夾角數(shù)據(jù)均無顯著性差異，僅少數(shù)關(guān)節(jié)的速度和加速度存在顯著性差異，表明穿戴該上肢外骨骼對(duì)冠狀面和矢狀面的運(yùn)動(dòng)干擾較小，協(xié)調(diào)性較好。在水平擴(kuò)胸任務(wù)中，各運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的顯著性差異組數(shù)遠(yuǎn)大于側(cè)平舉任務(wù)和過頂前平舉任務(wù)，表明穿戴上肢外骨骼對(duì)水平面運(yùn)動(dòng)的干擾大于對(duì)冠狀面和矢狀面運(yùn)動(dòng)的干擾。

從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)上看，穿戴該上肢外骨骼完成負(fù)重側(cè)平舉和過頂前平舉任務(wù)時(shí)，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)均呈下降趨勢(shì)，但各數(shù)據(jù)的顯著性差異組數(shù)較少，表明該下降趨勢(shì)對(duì)運(yùn)動(dòng)存在一定的影響，但影響較小。在水平擴(kuò)胸任務(wù)中，穿戴外骨骼增加了水平擴(kuò)胸時(shí)兩肘的間距，且表現(xiàn)出顯著性差異，表明穿戴外骨骼限制了水平擴(kuò)胸時(shí)的后擺運(yùn)動(dòng)。在該任務(wù)中，各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的增減趨勢(shì)并不完全一致，且顯著性差異組數(shù)明顯增多，表明穿戴者在完成水平擴(kuò)胸任務(wù)時(shí)受到了上肢外骨骼較大的干擾，產(chǎn)生了不協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在水平面的協(xié)調(diào)性較差。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能與該上肢外骨骼的連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。在水平向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿發(fā)生位置干涉，導(dǎo)致水平方向產(chǎn)生不協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，從而干擾整個(gè)水平擴(kuò)胸任務(wù)。

3.2 主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析

在主觀協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中，水平擴(kuò)胸任務(wù)的協(xié)調(diào)性評(píng)分最低，平均分僅為2.33分，受試者表示能明顯察覺到上肢外骨骼帶來的干擾。該結(jié)果與客觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)果一致，均表現(xiàn)穿戴外骨骼在水平面的協(xié)調(diào)性較差。除水平擴(kuò)胸任務(wù)外，其余各項(xiàng)協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)均在3分以上。側(cè)平舉和過頂前平舉的協(xié)調(diào)性平均分分別為3.42分和3.50分，受試者表示上肢外骨骼帶來的影響較小，不會(huì)影響任務(wù)的正常完成。受試者對(duì)該外骨骼整體協(xié)調(diào)接受度的平均分為3.75分，表現(xiàn)為較能接受，但整體協(xié)調(diào)性的滿意度有待進(jìn)一步提高。

4 結(jié)論

該上肢外骨骼在冠狀面、矢狀面的協(xié)調(diào)性較好，在水平面的協(xié)調(diào)性較差，整體協(xié)調(diào)性有待進(jìn)一步提高。主客觀數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果一致，運(yùn)用動(dòng)作捕捉可以有效的定量評(píng)估無源上肢外骨骼的協(xié)調(diào)性，減少協(xié)調(diào)性評(píng)估的主觀臆斷，為協(xié)調(diào)性改進(jìn)提供定量的設(shè)計(jì)參考。實(shí)驗(yàn)評(píng)估了在3個(gè)運(yùn)動(dòng)平面上，穿戴上肢外骨骼完成相應(yīng)基礎(chǔ)動(dòng)作的協(xié)調(diào)性，但這些基礎(chǔ)動(dòng)作均為對(duì)稱運(yùn)動(dòng)，該外骨骼對(duì)非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性的影響還需做進(jìn)一步研究。未來將還原更真實(shí)的消防作業(yè)環(huán)境，更全面地評(píng)估穿戴該無源消防上肢外骨骼在完成綜合任務(wù)時(shí)的協(xié)調(diào)性。

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Basic Coordination Assessment of Passive Upper Extremity Exoskeleton

ZHOU Zhenbing，GAN Jing，WEN Xinyu，QIAO Jinghua

(School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu610065, China )

Exoskeleton can provide auxiliary force for human movement and assist people to complete higher-intensity work. Its application in the market is increasing. Solving the problem of human-machine coordination becomes particularly important. To assess the basic coordination of the passive upper extremity exoskeleton on the three planes of motion, 12 subjects simulated 3 basic weight-bearing tasks. Use optical motion capture equipment to collect the motion data of the subjects' shoulder, elbow, wrist, Wrist shoulder hip angles, and the distance between the two elbows, and use SPSS to perform Wilcoxon rank sum test on them, and finally collect subjectiveness through the five-level Likert scale questionnaire Evaluate the data to verify the consistency of subjective and objective results. The results showed that the upper extremity exoskeleton interfered significantly with the horizontal plane task, which would restrict the horizontal back swing of the arms; the interference on the rest of the motion plane was small, and it did not affect the normal completion of the task. In conclusion, the coordination of the exoskeleton needs to be further improved, and the subjective and objective results are consistent, indicating that this method can effectively quantitatively evaluate the coordination of the exoskeleton.

exoskeleton；motion capture；coordination evaluation；motion plane

TB18

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.04.013

1006-0316 (2022) 04-0074-07

2021-11-15

軍工橫向項(xiàng)目JG2021016（HG2021009）

周針兵（1996－），男，四川廣安人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槿藱C(jī)包容性設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)，E-mail：1762922700@qq.com；干靜（1968－），女，重慶人，博士研究生，教授，主要研究方向?yàn)槿藱C(jī)包容性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等。