Ин таҳқиқот экзоскелети гибридии косу рон бо ҳаракатдиҳии кабелиро , ки барои кӯмак ба барқарор кардани тавозуни инсон пас аз ҳаракати ғайричашмдошти сатҳи такягоҳ таҳия шудааст, ва стратегияи идоракунии постуралии барои ин дастгоҳ сохташударо меомӯзад. Системае, ки Wearable Assistive Device (WAD) ном дорад, қабати мулоими пӯшиданиро, ки бо бадан тамос мегирад, сохтори берунии сахтро, ки муҳаррик ва унсурҳои идоракуниро мебардорад, ва кабелҳои Bowden-ро, ки қувваҳои муҳаррикро ба минтақаи косу рон интиқол медиҳанд, муттаҳид мекунад.

Ғояи асосии идоракунии система хеле мустақим аст: ҳангоми ба вуҷуд омадани таъсири вайронкунандаи ғайричашмдошт, дар системаи инсон–экзоскелет ҷойивазкунии уфуқии маркази массаро то ҳадди имкон ба сифр наздик нигоҳ доштан. Барои ин бо истифода аз тағйирёбандаҳои ҳолат, аз қабили кунҷи платформа, ҳаракати пой–платформа, кунҷҳои зону ва тағоям, кунҷи ҳадафие ҳисоб карда мешавад, ки буғуми косу рон бояд ба он расад; сипас муҳаррик тавассути кабелҳо ба тана ҳаракати дастгирикунандаи тавозунро татбиқ мекунад.

Дар симулятсияҳои бисёрҷисмии таҳқиқот се ҳолат муқоиса шудааст: бе экзоскелет, бо экзоскелети пӯшида, вале ғайрифаъол, ва бо экзоскелети фаъол. Таъсири вайронкунандаи истифодашуда дар симулятсия моилии 6°-и платформа ва суръати кунҷии 10°/s мебошад. Дар ҳолати WAD-и фаъол мавқеи уфуқии маркази масса ба сифр наздик нигоҳ дошта шуд, система ба дохили Feasible Stability Region (FSR; Минтақаи имконпазири устуворӣ) баргашт ва байни пой ва платформа танҳо лағжиш/ҷудошавии хеле хурд ҳисоб карда шуд. Моделҳои WAD-и ғайрифаъол ва бе экзоскелет бошанд, дар ҳамон шароити симулятсия ба минтақаи Backward Balance Loss (BBL; аз даст рафтани тавозун ба қафо) гузаштанд.

Аммо ин натиҷаҳо озмоиши иштирокчиёни инсонӣ нестанд. Муҳаққиқон ба таври возеҳ қайд мекунанд, ки натиҷаҳои таҷрибавӣ аз иштирокчиёни воқеӣ ҳанӯз дастрас нестанд ва дар корҳои оянда муқоисаи WAD-и фаъол/ғайрифаъолро бо калонсолони ҷавон ва солхӯрда ба нақша гирифтаанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот барои принсипи идоракунӣ ва имконпазирии механикии дастгоҳ далели қавии симулятсионӣ пешниҳод мекунад; аммо дар одамони воқеӣ далели коҳиши афтидан ё самаранокии клиникӣ пешниҳод намекунад.

Аз назари Туркия, ин таҳқиқот барои гурӯҳҳои муҳандисие, ки роботҳои барқарорсозӣ, роботикаи пӯшиданӣ, технологияҳои дастгирии пиронсолон ва ҳамкории инсон–роботро таҳия мекунанд, намунаи муҳими методӣ мебошад. Бо вуҷуди ин, пеш аз истифода бо корбари воқеӣ, гуногунии антропометрӣ, таъхирҳои сенсор, фаъолияти мушакҳои инсон, роҳатӣ, бехатарӣ, таъхири идоракунӣ ва тасдиқи таҷрибавӣ дар зери таъсирҳои вайронкунандаи воқеӣ бояд арзёбӣ шаванд.

Мушкилоти асосие, ки таҳқиқот ҳал кардан мехоҳад, чист?

Ҳангоми вайрон шудани тавозуни инсон, бадан бояд муносибати маркази масса бо сатҳи такягоҳро аз нав танзим кунад. Хусусан дар шахсони солхӯрда аз даст рафтани тавозун метавонад бо оқибатҳои ҷиддӣ, аз қабили афтидан, ҷароҳат ва бистарӣ шудан, алоқаманд бошад. Ҳадафи таҳқиқот таҳияи системаи ёрирасони пӯшиданист, ки ҳаракати табиии инсонро то ҳадди имкон маҳдуд накунад, вале ҳангоми ба вуҷуд омадани таъсири вайронкунандаи хатарнок ба қадри кофӣ зуд дахолат карда тавонад.

Дар ин ҷо байни экзоскелетҳои классикии сахт ва комилан мулоим як зиддияти муҳандисӣ мавҷуд аст. Экзоскелетҳои сахт метавонанд моменти баланд интиқол диҳанд, аммо агар меҳвари буғуми механикӣ бо меҳвари анатомии буғуми косу рон комилан мувофиқ набошад, ба корбар сарбории иловагӣ расонда метавонад. Экзоскелетҳои мулоим метавонанд роҳаттар ва сабуктар бошанд, аммо қувва ва моменти интиқолдиҳандаи онҳо одатан маҳдудтаранд.

Муҳаққиқон сохтори гибридиро пешниҳод мекунанд, ки бартариҳои ин ду равишро муттаҳид месозад: қисми бо корбар тамосдошта чандир аст, аммо чорчӯбаи беруние, ки муҳаррик ва таҷҳизоти идоракуниро мебардорад, сахт мебошад. Интиқоли қувва на тавассути буғумҳои механикии сахт, балки тавассути кабелҳо анҷом дода мешавад.

Экзоскелети WAD чӣ гуна сохта шудааст?

Расми 1 дар саҳифаи 3-и таҳқиқот ҳам модели компютерӣ ва ҳам прототипи воқеии WAD-ро нишон медиҳад. Система аз ду қабати асосӣ иборат аст:

• Сохтори мулоими пӯшиданӣ: бевосита бо корбар тамос мегирад.
• Сохтори берунии сахт: муҳаррикҳо, электроникаи идоракунӣ ва такягоҳҳои механикиро мебардорад.

Муҳаррикҳо дар қисми қафои сохтори сахт ҷойгир шудаанд. Як нӯги кабелҳои Bowden ба рони корбар ва нӯги дигарашон ба шкивҳои пайваст ба меҳварҳои муҳаррик баста мешавад. Чархиши шкиви муҳаррик дарозии озоди кабелро тағйир дода, дар буғуми косу рон қувваи ёрирасон ба вуҷуд меорад.

Дар тарҳи умумӣ барои ҳар як пой се ҳаракатро мустақилона дастгирӣ кардан мумкин аст:

• Флексияи косу рон,
• Экстензияи косу рон,
• Абдуксияи косу рон.

Платформаи тавозун чӣ вазифа дорад?

Платформае, ки муҳаққиқон дар доираи лоиҳаи REBALANCE истифода мебаранд, аз як пояи собит ва як пояи ҳаракаткунанда бо як дараҷаи озодӣ иборат аст. Система барои эҷоди вайроншавиҳои ғайричашмдошти ҳолати бадан дар самти пеш–қафо ё паҳлуӣ истифода мешавад.

Иқтидори техникии платформаи воқеӣ дар манбаъ чунин дода шудааст:

• ҳаракати кунҷии ±10°,
• суръати максималии кунҷии 30°/s

.

Аммо дар симулятсияҳои ин мақола тамоми иқтидор истифода нашудааст. Барои таҳлили муқоисавӣ:

• кунҷи платформаи 6°,
• суръати кунҷии платформаи 10°/s

истифода шудааст. Ин тафовут муҳим аст: ±10° ва 30°/s иқтидори техникии платформаанд, дар ҳоле ки 6° ва 10°/s сенарияи асосии симулятсияи мақола мебошанд.

Бадани инсон дар модел чӣ гуна ифода шудааст?

Рафтори механикии WAD бо истифода аз Multibody Human Model (MBDHM) , ки дар муҳити MATLAB, Simulink ва Simscape Multibody таҳия шудааст, таҳқиқ гардидааст.

Дар модел:

• буғуми косу рон ҳамчун буғуми курашакл,
• зону ҳамчун буғуми гардишӣ,
• тағоям ҳамчун буғуми гардишӣ

ифода шудааст.

Дар манбаъ барои экзоскелет се тарҳи гуногуни актуатор нишон дода шудааст:

1. Дар ҳар пой барои флексия, экстензия ва абдуксия дар маҷмӯъ 6 актуатор,
2. меъмории содакардашуда бо дар маҷмӯъ 3 актуатор ,
3. сохтори боз ҳам содакардашудае, ки дар симулятсияҳои идоракунии постуралии ин мақола барои омӯзиши ҳаракати пеш–қафо истифода шудааст.

Муҳаққиқон формулаи математикиро аз модели умумии шашактуаторӣ ҳосил кардаанд, аммо ҳамаи симулятсияҳои тавозуни мақоларо бо модели содакардашудаи пеш–қафои Расми 2c иҷро кардаанд.

Оё мушакҳо мустақиман моделсозӣ шудаанд?

Не. Ин яке аз муҳимтарин фарзияҳои моделсозии таҳқиқот аст.

Муҳаққиқон ба ҷойи ифода кардани фаъолияти ихтиёрии мушакҳо бо модели муфассали асабу мушак, ба буғумҳои косу рон, зону ва тағоям унсурҳои сахтии эквивалентии буғум ва демпфиронӣ илова кардаанд. Ҳадаф ин аст, ки ҳатто бе идоракунии ихтиёрии мушакҳо таъсири муқовимати пассив ё ғайриихтиёрии мушак–пай ба тавозун тақрибан ифода карда шавад.

Муаллифон дар бахши натиҷаҳо ин равишро ошкоро фарзияи қавӣ меноманд. Аз ин рӯ, модел симулятсияи айнии идоракунии воқеии асабу мушаки инсон нест.

Ғояи асосии математикии идоракунии постуралӣ чист?

Ҳадафи асосии стратегияи идоракунӣ ин аст, ки мавқеи мутлақи маркази масса дар самти уфуқӣ то ҳадди имкон ба сифр наздик нигоҳ дошта шавад:

\[ P_{YCOM}\approx0 \]

Дар манбаъ координатаҳои мутлақи уфуқӣ ва амудии маркази масса \(P_{YCOM}\) ва \(P_{ZCOM}\) бо истифода аз сегментҳои бадани инсон, ҳаракати платформа ва лағжиши пой ҳисоб карда мешаванд.

Кунҷи мутлақи маркази масса:

\[ \theta_{COM} = \tan^{-1} \left( \frac{P_{YCOM}}{P_{ZCOM}} \right) \]

ва кунҷи маҳаллӣ нисбат ба платформаи ҳаракаткунанда:

\[ \theta_{RCOM} = \tan^{-1} \left( \frac{P_{YRCOM}}{P_{ZRCOM}} \right) \]

муайян карда шудааст.

Ҳадафи контроллер ин аст, ки шарти \(P_{YCOM}=0\)-ро тақрибан таъмин намуда, кунҷи ҳадафии косу рон \(\theta_H^*\)-ро ҳисоб кунад. Муодилаи (22)-и мақола бо истифода аз кунҷи платформа \(\theta_p\), кунҷи зону \(\theta_K\), кунҷи тағоям \(\theta_A\), ҳаракати нисбии пой–платформа \(u_p\) ва геометрияи сегментҳои бадан ин кунҷи ҳадафиро ҳосил мекунад.

Сипас фармони муҳаррик:

\[ \theta_M=G\theta_H^* \]

муайян мешавад. Дар ин ҷо \(G\) собитест, ки ҳаракати ҳадафии косу ронро ба ҳаракати актуатор табдил медиҳад.

Системаи идоракунӣ дар дастгоҳи воқеӣ ба кадом сенсорҳо такя карда метавонад?

Дар модели симулятсионии таҳқиқот кунҷҳои платформа, зону ва тағоям ва инчунин ҳаракати нисбии пой–платформа мустақиман аз тағйирёбандаҳои модел гирифта мешаванд. Муаллифон қайд мекунанд, ки дар татбиқи воқеӣ кунҷҳоро метавон бо сенсорҳои пӯшидании монанд ба IMU, ва тағйирёбандаҳои системаи муҳаррик ва кабелро бо энкодер ва дигар сенсорҳои дастгоҳ чен кард.

Дар меъмории идоракунии дар манбаъ пешниҳодшуда, вуруд кунҷи платформа \(\theta_p\) мебошад. Алгоритми постуралӣ инчунин маълумоти \(\theta_K\), \(\theta_A\) ва \(u_p\)-ро истифода бурда, ҳадафи \(\theta_H^*\)-ро ҳосил мекунад; тавассути коэффисиенти \(G\) кунҷи муҳаррик \(\theta_M\) сохта мешавад.

Параметрҳои асосии симулятсия чӣ буданд?

Экзоскелети фаъол тавозуни статикиро чӣ гуна тағйир дод?

Расми 8 дар саҳифаи 13-и таҳқиқот мавқеи уфуқии маркази массаро барои се ҳолат муқоиса мекунад:

• WAD нест,
• WAD ҳаст, вале ғайрифаъол,
• WAD фаъол.

Ҳангоми истифодаи WAD-и фаъол қимати нормализатсияшудаи \(P_{YCOM}\) дар тамоми ҳаракати вайронкунандаи 6° дар атрофи сифр мемонад. Баръакс, дар ҳолатҳои бе экзоскелет ва WAD-и ғайрифаъол бо зиёд шудани кунҷи платформа мавқеи уфуқии маркази масса ба таври назаррас дур мешавад.

Аз нигоҳи тавозуни динамикӣ натиҷа чӣ буд?

Расми 10 дар саҳифаи 14-и таҳқиқот таҳлили муҳимтареро пешниҳод мекунад. Дар ин ҷо мавқеъ ва суръати маркази масса якҷоя арзёбӣ шуда, ҳолати динамикии система бо Feasible Stability Region (FSR) муқоиса карда шудааст.

Нуқтаи ниҳоии симулятсияи бо WAD-и фаъол иҷрошуда дар дохили FSR мемонад. Ин нишон медиҳад, ки модел пас аз ҳаракати вайронкунанда тавозунро барқарор кардааст.

Ҳангоми хомӯш будан ё тамоман истифода нашудани WAD, траекторияҳо ба FSR баргашта наметавонанд ва ба минтақае мераванд, ки дар манбаъ Backward Balance Loss (BBL) номида шудааст.

Актуатор то чӣ андоза дахолат мекунад?

Дар Расми 9 муҳаққиқон моменти актуатори WAD-ро нисбат ба массаи умумии инсон + WAD нормализатсия карда нишон медиҳанд. Бо зиёд шудани кунҷи платформа самт ва бузургии моменти актуатор вобаста ба дахолати тавозун тағйир меёбад.

Дар график дида мешавад, ки моменти нормализатсияшуда ба сатҳи тақрибан −0,15 Nm/kg меравад. Аммо манбаъ ин графикро ба як талаботи дақиқи ягонаи моменти муҳаррик барои тарҳ табдил намедиҳад. Аз ин рӯ, онро набояд мустақиман ҳамчун моменти ҳадди ақали номиналии зарурии муҳаррики муайян тафсир кард.

Оё пой рӯи платформа лағжиш мекунад?

Расми 11 дар саҳифаи 15-и таҳқиқот инчунин ҷойивазкунии хаттии нисбии байни пой ва платформаи ҳаракаткунандаро дар ҳолати WAD-и фаъол нишон медиҳад.

Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки ин ҷойивазкунӣ хеле хурд аст ва байни системаҳои истинодии маҳаллӣ/мутлақ фарқи маънодор ба вуҷуд намеорад. Ҳамчунин гуфта мешавад, ки аломати ҷойивазкунӣ нишон медиҳад ҳаракат бештар ба лағжиши вобаста ба ҷозиба алоқаманд аст, на ба кашидани тана аз тарафи экзоскелет.

Дар графики манбаъ дар охири ҳаракати вайронкунандаи 6° қимат ба тақрибан −15 mm мерасад; аммо муҳаққиқон онро ҳамчун ҷойивазкунии хурди пой–платформа дар миқёси модел арзёбӣ мекунанд.

Чаро экзоскелет танҳо буғуми косу ронро фаъолона идора мекунад?

Дар модел зону ва тағоям бо сахтӣ ва демпфиронии пассив ифода шудаанд, дар ҳоле ки идоракунии фаъол тавассути буғуми косу рон анҷом дода мешавад. Сабаб дар он аст, ки стратегияи таҳқиқот барои аз нав ҷойгир кардани маркази масса аз ларзиши тана истифода мебарад.

Ба ибораи дигар, система ба ҷойи идора кардани мустақими тағоям ё зону бо муҳаррик, бо қувваҳои кабелӣ қисми болоии баданро моил карда, кӯшиш мекунад мавқеи маркази массаи тамоми баданро тағйир диҳад.

Дар бахши хулоса муаллифон қайд мекунанд, ки дар симулятсияҳо ларзишҳои тана ҳамчун механизми асосии устуворсозӣ зоҳир шудаанд.

Фарқи байни ҳолатҳои фаъол, ғайрифаъол ва бе экзоскелет чист?

Паёми асосии таҳқиқот чист?

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки вақте экзоскелети косу рон бо ҳаракатдиҳии кабелӣ бо модели бисёрҷисмии инсон муттаҳид мешавад, алгоритми нисбатан содаи идоракунии постуралӣ, ки мавқеи уфуқии маркази массаро ҳадаф мегирад, метавонад дар шароити муайяни симулятсия аз даст рафтани тавозунро пешгирӣ кунад.

Ин натиҷа ҳамчунин нишон медиҳад, ки системаи идоракунӣ инфрасохтори симулятсиониеро фароҳам меорад, ки барои ҳисоб кардани тағйирёбандаҳои тарҳ, аз қабили моменти муҳаррик, қувваҳои кабел ва сарбориҳои буғум, истифода шуда метавонад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот накардааст

• Нишон дода нашудааст, ки WAD сатҳи афтиданро дар шахсони воқеии солхӯрда коҳиш медиҳад.
• Алгоритми идоракунӣ бо иштирокчиёни инсонӣ ба таври таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст.
• Самаранокии клиникии барқарорсозии система таҳқиқ нашудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки он дар ҳамаи ҳаракатҳои вайронкунандаи зиёда аз 6° ва 10°/s тавозунро кафолат медиҳад.
• Нишон дода нашудааст, ки он барои ҳамаи корбарони дорои қад, вазн ва хусусиятҳои гуногуни антропометрӣ ҳамон як самаранокиро медиҳад.
• Фаъолияти воқеии мушакҳо моделсозӣ нашудааст.
• Таъхирҳои асабу мушаки шахсони воқеии солхӯрда ё дорои бемориҳои неврологӣ мустақиман чен нашудаанд.
• Ҳамаи вайронкуниҳои сеандоза берун аз флексия–экстензия бо натиҷаҳои асосии ин мақола ба таври таҷрибавӣ тасдиқ нашудаанд.
• Ба таври муқоисавӣ нишон дода нашудааст, ки контроллерҳои алтернативӣ аз ин усул беҳтар ё бадтаранд.

Маҳдудиятҳои муҳими таҳқиқот кадомҳоянд?

Маҳдудияти якум ва муҳимтарин набудани озмоиши инсонӣ мебошад. Бо вуҷуди мавҷуд будани прототипи физикии WAD, натиҷаҳои тавозуни дар мақола пешниҳодшуда ба симулятсияҳои бисёрҷисмӣ асос ёфтаанд.

Маҳдудияти дуюм идоракунии мушак аст. Ба ҷойи фаъолияти воқеии асабу мушак сахтии собити буғум ва демпфиронӣ истифода шудааст. Муаллифон инро фарзияи огоҳона, вале қавӣ мешуморанд.

Маҳдудияти сеюм таҳлили ҳассосият аст. Муҳаққиқон мегӯянд, ки баъзе маҷмӯаҳои алтернативии параметрҳоро санҷидаанд, аммо таҳлили фарогири ҳассосият нашр накардаанд. Ба нақша гирифта шудааст, ки он пас аз ба даст омадани маълумоти воқеии таҷрибавӣ анҷом дода шавад.

Маҳдудияти чорум меъмории идоракунӣ аст. Таҳқиқот қасдан усули соддаи идоракунии постуралиро истифода мебарад. Контроллерҳои алтернативӣ ё иловагӣ, аз қабили идоракунии суръат ва идоракунии қувва, муқоиса нашудаанд.

Маҳдудияти панҷум ин аст, ки ҳаракати инсон дар симулятсия аз вокунишҳои огоҳонаи мушакӣ то андозаи зиёд ҷудо карда шудааст. Корбари воқеӣ метавонад ҳамроҳи экзоскелет фаъолона вокуниш нишон диҳад; ин ҳамкорӣ ҳанӯз дар таҳқиқот тасдиқ нашудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Равиши таҳқиқот

Таҳқиқот се ҷузъи асосии муҳандисиро муттаҳид мекунад:

1. Тарҳи механикии экзоскелети гибридии косу рони WAD бо ҳаракатдиҳии кабелӣ,
2. Сохтани модели бисёрҷисмӣ ва аналитикии инсон–экзоскелет,
3. Санҷиши симулятсионии стратегияи идоракунии постуралӣ, ки мавқеи маркази массаро ҳадаф мегирад.

Аз ин рӯ, таҳқиқот танҳо тарҳи экзоскелет ё танҳо алгоритми идоракунӣ нест; тарҳи механикӣ, биомеханикаи инсон ва идоракунӣ дар як модел баррасӣ мешаванд.

Модели механикӣ

Дар модели умумӣ қувваҳои алоҳидаи кабелӣ \(F_{pf}\) ва \(F_{pe}\) барои флексия ва экстензия, моментҳои муҳаррик \(M_{pf}\) ва \(M_{pe}\), инерсияи шкивҳо ва массаҳои WAD/тана якҷоя моделсозӣ шудаанд.

Масалан, барои тарафи флексия моменти муҳаррик:

\[ M_{pf}=F_{pf}r_p+I_{pf}\ddot{\omega}_{pf} \]

муайян карда шудааст. Дар ин ҷо \(r_p\) радиуси шкив, \(I_{pf}\) моменти инерсияи муҳаррик/шкив ва \(\ddot{\omega}_{pf}\) шитоби кунҷӣ мебошад.

Қувваи кабел бошад, ҳамчун функсияи кунҷи тана, суръати кунҷӣ ва шитоби кунҷӣ:

\[ F_{pf} = f(\ddot{\gamma}_f,\dot{\gamma}_f,\gamma_f) \]

ба даст оварда мешавад. Ин муносибат дар якҷоягӣ бо геометрияи механизм имкон медиҳад моменти зарурии муҳаррик ҳисоб карда шавад.

Алгоритми постуралӣ

Мавқеи мутлақи уфуқии маркази масса \(P_{YCOM}\) аз рӯйи массаҳо, дарозиҳо ва кунҷҳои буғумҳои ҳамаи сегментҳои бадан ва мавқеи платформаи ҳаракаткунанда ҳисоб карда мешавад.

Алгоритм бо фарзияи ҳаракати хурди пой–платформа:

\[ P_{YCOM}=0 \]

шартро ҳал карда, кунҷи ҳадафии косу рон \(\theta_H^*\)-ро муайян мекунад.

Сипас:

\[ \theta_M=G\theta_H^* \]

бо ин муносибат мавқеи актуатор ҳосил карда мешавад. Ҳамин тавр, идоракунӣ ба ҷойи додани фармони мустақими «одамро рост нигоҳ дор», тағйирёбандаи аз ҷиҳати физикӣ маънодор — мавқеи маркази массаро ҳадаф мегирад.

Сенарияҳои симулятсия

Ҳамон ҳаракати вайронкунандаи 6° ва 10°/s ба се ҳолат татбиқ шудааст:

1. MBDHM бе экзоскелет,
2. MBDHM бо WAD, вале ғайрифаъол,
3. MBDHM бо WAD-и фаъол ва идоракунии постуралӣ.

Ба ин васила танҳо ба таври механикӣ ба бадан илова шудани экзоскелет аз таъмин кардани идоракунии фаъол ҷудо карда шудааст.

Натиҷаи устувории статикӣ

WAD-и фаъол мавқеи нормализатсияшудаи уфуқии маркази массаро ба сифр наздик нигоҳ дошт. Дар моделҳои ғайрифаъол ва бе экзоскелет бошад, бо зиёд шудани кунҷи вайронкунанда каҷшавӣ афзуд ва тавозун аз даст рафт.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки танҳо пӯшидани экзоскелет ба бадан кофӣ нест; таъсири мусбати симулятсия аз дахолати идоракунии фаъол ба вуҷуд меояд.

Натиҷаи устувории динамикӣ

Дар арзёбии тавозуни динамикӣ ҳам мавқеъ ва ҳам суръати маркази масса ба назар гирифта шуданд. Нуқтаи ниҳоии траекторияи WAD-и фаъол ба дохили FSR баргашт. Ҳолатҳои ниҳоии ду шароити дигар бошанд дар минтақаи BBL монданд.

Манбаъ ин натиҷаро яке аз муҳимтарин тасдиқҳои алгоритми пешниҳодшудаи идоракунӣ дар муҳити симулятсия мешуморад.

Нигоҳ доштани тамоси пой

Дар модели WAD-и фаъол ҷойивазкунии нисбии байни пой ва платформа хурд монд. Муҳаққиқон инро ҳамчун аломати мусбат тафсир мекунанд, ки идора кардани тана тавассути кабелҳо метавонад бе ба вуҷуд овардани лағжиш ё ҷудошавии аз ҳад зиёд дар пой тавозунро дастгирӣ кунад.

Баръакс, дар Расми 5 нишон дода шудааст, ки модели ғайрифаъол ва бе экзоскелет дар охири ҳаракати вайронкунанда тамоси пойро аз даст медиҳад.

Тасдиқи таҷрибавии оянда

Муаллифон муқоисаи натиҷаҳои таҳқиқот бо озмоишҳои воқеии инсонро ҳамчун марҳилаи баъдӣ муайян мекунанд. Озмоишҳои ба нақша гирифташуда калонсолони ҷавон ва солхӯрда ва ҳолатҳои бо WAD ва бе WAD-ро дар бар мегиранд.

Ин озмоишҳо на танҳо саҳми экзоскелетро ба тавозун, балки то чӣ андоза модели бисёрҷисмии мавҷудаи инсон ва равиши сахтии эквивалентии буғум рафтори воқеии инсонро ифода мекунанд, месанҷанд.

Системаи идоракуние, ки дар оянда таҳия мешавад

Равиши мавҷуда махсусан сода нигоҳ дошта шудааст. Муҳаққиқон дар оянда дар баробари идоракунии постуралӣ чунин такмилҳоро баррасӣ кардан мехоҳанд:

• Идоракунии суръат,
• Идоракунии қувва,
• Алоқаи бозгашти сенсор дар вақти воқеӣ,
• Муқоисаи стратегияҳои гуногуни идоракунӣ

.

Муаллифон шарҳ медиҳанд, ки муқоисаи контроллерҳои алтернативиро ба ин мақола дохил накардаанд, зеро доираи таҳқиқот пеш аз ҳама ба нишон додани тарҳи экзоскелет, системаи асосии идоракунӣ ва чаҳорчӯбаи ҳисобии андозагирии система равона шудааст.

Ҳудуди хулосаи илмӣ

Қавитарин хулосае, ки таҳқиқоти манбаъ дастгирӣ мекунад, чунин аст: дар зери модели муайяни бисёрҷисмии инсон, параметрҳои зикршудаи антропометрӣ ва механикӣ ва таъсири вайронкунандаи платформаи 6°–10°/s, идоракунии фаъоли WAD бар асоси мавқеи маркази масса дар симулятсия аз даст рафтани тавозунро пешгирӣ кардааст.

Иддаоҳои фаротар аз ин — пешгирии афтидан дар одамони воқеӣ, фоидаи клиникӣ ё самаранокии ҳаёти ҳаррӯза — ҳанӯз аз ҷониби таҳқиқоти ҷорӣ дастгирӣ намешаванд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: A Cable-Driven Hip Exoskeleton with a Postural Control Strategy for Reinforcing Human Balance

Муаллифон: Giovanni Gerardo Muscolo; Michele Conconi; Alessandra Del Felice; Lorenzo Chiari; Nicola Sancisi.

Тартиби муаллифон: Тартиби дар манбаъ додашуда айнан нигоҳ дошта шудааст.

Муаллифи масъул: Giovanni Gerardo Muscolo.

Муаллифи якуми баробар/саҳми баробар: Дар манбаъ изҳороти муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар зикр нашудааст.

Муассисаҳо:

1. Department of Electrical, Electronic, and Information Engineering Guglielmo Marconi, Università di Bologna, Bologna, Italy.
2. European Center for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas, Fondazione Bruno Kessler, Trento, Italy.
3. Department of Physics, University of Trento, Trento, Italy.
4. Department of Industrial Engineering, Università di Bologna, Bologna, Italy.
5. Department of Neuroscience, Section of Neurology, University of Padova, Padova, Italy.
6. Padova Neuroscience Center, University of Padova, Padova, Italy.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд/шумора/рақами мақола: 14(5), 484.

DOI: 10.3390/machines14050484.

Навъи манбаъ ва ҳолати тақризи ҳамтоён: Мақолаи аслии таҳқиқотии аз тақризи ҳамтоён гузашта (Article).

Санаи пешниҳод: 20 марти 2026.

Бознигарӣ: 14 апрели 2026.

Қабул: 17 апрели 2026.

Нашр: 24 апрели 2026.

Муҳаррири академӣ: S. M. Mizanoor Rahman.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот қисман аз ҷониби REBALANCE (REinforcing BALANCE with a neurally driven wearable assistive device, 2022YPK5YB 002—CUP J53D23012900006) ва лоиҳаи Next Generation EU Age-It (Ageing well in an ageing society—PE0000015, NRRP—PE8—Mission 4, C2, Intervention 1.3) маблағгузорӣ шудааст.

Кумитаи ахлоқ: Дар манбаъ «Not applicable» нишон дода шудааст; дар ин мақола озмоиши иштирокчиёни инсонӣ гузаронида нашудааст.

Ризоияти огоҳона: Дар манбаъ «Not applicable» нишон дода шудааст.

Дастрасии маълумот: Зикр шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар дохили мақола ҷой доранд ва саволҳои иловагиро метавон ба муаллифи масъул ирсол кард.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия G.G.M., N.S. ва M.C.; усул G.G.M., N.S. ва M.C.; нармафзор G.G.M.; тасдиқ G.G.M., N.S., M.C. ва L.C.; таҳлили формалӣ G.G.M. ва N.S.; таҳқиқ G.G.M.; захираҳо G.G.M., N.S., M.C. ва L.C.; куратсияи маълумот G.G.M., N.S. ва M.C.; лоиҳаи аввал G.G.M.; бознигарӣ/таҳрир G.G.M., N.S., M.C., A.D.F. ва L.C.; визуализатсия N.S., M.C. ва L.C.; назорат N.S., M.C. ва L.C.; идоракунии лоиҳа A.D.F. ва L.C.; таъмини маблағгузорӣ A.D.F. ва L.C.

Сабти расмии нашр: MDPI Machines, Volume 14, Issue 5, Article 484; DOI 10.3390/machines14050484.

Тавзеҳоти илмии ин муҳтавои Verianla танҳо ба модели механикӣ, муодилаҳо, тарҳи WAD ва натиҷаҳои симулятсияи бисёрҷисмии таҳқиқоти манбаъ асос ёфтаанд. Манбаи беруна танҳо барои санҷиши ҳувияти библиографӣ истифода шудааст ва натиҷаи клиникӣ ё таҷрибавие, ки таҳқиқот тавлид накардааст, илова нашудааст.

Маҳдудиятҳои муҳими методӣ: (1) Натиҷаҳои тавозуни мақола на аз озмоишҳои воқеии инсон, балки аз симулятсияи бисёрҷисмӣ ба даст омадаанд. (2) Фаъолияти воқеии мушакҳо моделсозӣ нашуда, бо сахтии буғум ва демпфиронӣ тақрибан ифода шудааст. (3) Таҳлили фарогири ҳассосият анҷом дода нашудааст. (4) Дар таҳқиқот танҳо тасдиқи асосии стратегияи мавҷудаи идоракунии постуралӣ пешниҳод шудааст ва муқоиса бо контроллерҳои қувва ва суръат анҷом дода нашудааст. (5) Симулятсияи асосӣ MBDHM-и содакардашударо дар ҳамвории пеш–қафо истифода мебарад. (6) Озмоишҳои корбарони воқеӣ ва муқоисаи иштирокчиёни ҷавон/солхӯрда ба корҳои оянда гузошта шудаанд.

Ёддошти хурди истилоҳӣ дар дохили манбаъ: Дар матни тавзеҳдиҳандаи Расми 11 ибораи «hip (θH), knee (θK), and ankle (θK)» омадааст; тибқи таърифҳои тағйирёбандаҳо дар ҷадвал ва легендаи график, тағйирёбандаи тағоям θA мебошад. Ин лағжиши хаттии матни манбаъ ба шакле, ки натиҷаи илмиро тағйир диҳад, аз нав тафсир нашудааст.