In der Forschung zur physischen Unterstützung der unteren Extremitäten wird ein angebundener AFO-Emulator (Ankle-Foot Orthosis) bevorzugt, da er die Stromquelle vollständig von der tragbaren Komponente entkoppelt. Durch den Einsatz von leistungsstarken externen Servomotoren können Forscher ein extrem hohes Unterstützungsmoment – bis zu 140 Nm – liefern, ohne den Benutzer mit den schweren Batterien und Motoren zu belasten, die für ein eigenständiges Gerät erforderlich sind.
Die angebundene Konfiguration fungiert als spezialisiertes Testbett, das Gewichtsbeschränkungen aufhebt, um die mechanische Leistung zu priorisieren. Dies ermöglicht es Forschern, hochintensive Unterstützungsstrategien zu validieren und Parameter zu optimieren, bevor sie versuchen, die Technologie für den portablen Einsatz zu miniaturisieren.
Überwindung der Gewichtsbeschränkung
Um zu verstehen, warum angebundene Systeme in der Forschung dominieren, muss man die physikalischen Grenzen der aktuellen eigenständigen Hardware betrachten.
Das Problem mit der Onboard-Masse
Bei einem eigenständigen Gerät erfordert jede Watt Leistung Onboard-Motoren und Batterien. Das Tragen dieser Hardware fügt dem Glied des Benutzers erhebliches Gewicht hinzu.
Dieses zusätzliche Gewicht erhöht den metabolischen Aufwand des Benutzers und hebt oft die durch die Unterstützung gebotenen Vorteile auf.
Nutzung externer Stromversorgung
Angebundene Emulatoren lösen dieses Problem, indem sie die schweren Komponenten auf einer Werkbank oder einem Gestell platzieren und über ein Übertragungskabel mit dem Benutzer verbinden.
Dies ermöglicht den Einsatz von leistungsstarken, industrietauglichen Servomotoren, die nicht tragbar wären.
Erreichung hochintensiver Unterstützung
Da die Motoren extern sind, kann das System ein enormes Drehmoment erzeugen.
Die primäre Referenz nennt Fähigkeiten von bis zu 140 Nm, was ausreichend Leistung bietet, um anspruchsvolle Aufgaben wie tiefe Kniebeugen zu unterstützen.
Der Optimierungsvorteil
Über reine Leistung hinaus dient der angebundene Emulator als kritisches Werkzeug für wissenschaftliche Entdeckungen und Steuerungstheorie.
Eine flexible Testplattform
Bei der Forschung geht es selten darum, sofort das Endprodukt zu bauen; es geht darum, die richtigen Parameter zu finden.
Der Emulator bietet eine ideale Plattform für die Parameteroptimierung, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Steuergesetze in Echtzeit anzupassen.
Reduzierung der physiologischen Belastung
Das ultimative Ziel dieser Geräte ist es, die vom menschlichen Körper geforderte körperliche Anstrengung zu reduzieren.
Nachdem die mechanischen Leistungsgrenzen aufgehoben wurden, können Forscher nachweisen, dass ein Gerät die physiologische Belastung bei hochintensiven Aufgaben erheblich reduzieren kann.
Verständnis der Kompromisse
Obwohl angebundene Emulatoren für die biomechanische Forschung überlegen sind, haben sie inhärente Einschränkungen, die anerkannt werden müssen.
Eingeschränkter Bewegungsbereich
Das Kabel verbindet den Benutzer physisch mit einer stationären Basis.
Dies beschränkt die Testumgebung auf bestimmte Bereiche, wie z. B. ein Laufband oder einen ausgewiesenen Kniebeugenbereich, und verhindert Feldtests in der realen Welt.
Übersetzungsprobleme
Erfolg in einer angebundenen Umgebung garantiert keinen Erfolg in einem eigenständigen Gerät.
Forscher müssen sich schließlich der technischen Herausforderung stellen, das hohe Drehmoment des Emulators mit leichten, tragbaren Komponenten zu reproduzieren.
Die richtige Wahl für Ihre Forschung treffen
Bei der Entscheidung zwischen einem angebundenen Emulator und einem eigenständigen Prototyp sollten Sie Ihre Wahl an Ihren spezifischen experimentellen Zielen ausrichten.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Definition biologischer Grenzen und Kontrollstrategien liegt: Wählen Sie einen angebundenen Emulator, um ein hohes Drehmoment ohne die Beeinträchtigung durch das Geräteeigengewicht zu nutzen.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Validierung der Mobilität in der realen Welt liegt: Erkennen Sie an, dass ein angebundenes Gerät die metabolische Strafe des Tragens der Stromquelle nicht simulieren kann.
Durch die Trennung der Unterstützungsmechanik von der Stromquelle ermöglicht der angebundene Emulator der Wissenschaft, der Ingenieurwissenschaft vorauszugehen.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Angebundener AFO-Emulator | Eigenständiges Gerät |
|---|---|---|
| Stromquelle | Externe Hochleistungs-Servomotoren | Onboard-Batterien und Motoren |
| Drehmomentkapazität | Hoch (bis zu 140 Nm) | Begrenzt durch Motorgröße/-gewicht |
| Onboard-Masse | Minimal (nur tragbarer Rahmen) | Erheblich (schwere Hardware) |
| Metabolische Kosten | Reduziert (kein zusätzliches Gewicht) | Erhöht (Tragen von Hardware) |
| Bewegungsbereich | Eingeschränkt (an Basis gebunden) | Hoch (tragbar/realweltlich) |
| Primäre Verwendung | Optimierung von Parametern & Steuerung | Validierung der Mobilität in der realen Welt |
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Referenzen
- Prakyath Kantharaju, Myunghee Kim. Reducing Squat Physical Effort Using Personalized Assistance From an Ankle Exoskeleton. DOI: 10.1109/tnsre.2022.3186692
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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