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)擾動外骨骼”。該研究使用了OptiTrack運動捕捉技術(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)，改進殘障人士下肢輔助工具及設(shè)備。

　　步態(tài)分析 & 運動捕捉

　　蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 康復(fù)工程實驗室

行進中人膝關(guān)節(jié)阻抗的動態(tài)估測

　　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)部分行動能力，這對他們來說好比點亮了人生的一盞明燈。法國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

　　“外骨骼機器人是將人的智慧與機器的機械動力裝置相結(jié)合的一種機器人，不僅可以為操作者提供保護、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>

　　“對正常人體行走時的步態(tài)分析是人類下肢外骨骼設(shè)計的一個重要研究方面。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，故對外骨骼的設(shè)計必須考慮外骨骼與操作者之間動作的協(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)活動度。因此，分析正常人體下肢活動特點及行走時的步態(tài)是設(shè)計下肢外骨骼并實現(xiàn)行走的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計下肢外骨骼應(yīng)具備的關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)活動度，然后通過人機互動操作外骨骼，并對外骨骼機器人步態(tài)的穩(wěn)定性進行控制，從而完成外骨骼機器人系統(tǒng)的仿生設(shè)計?！?/p>

　　“正常步態(tài)——即正常人體采用自然、舒適的姿態(tài)行進時的步態(tài)，應(yīng)具有3個特點：身體平穩(wěn)，步長適當(dāng)，耗能少……步態(tài)分析是外骨骼機器人設(shè)計中不可或缺的技術(shù)環(huán)節(jié)，它通過生物力學(xué)和運動學(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器人的步態(tài)機理研究，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.人體下肢外骨骼機器人的步態(tài)研究現(xiàn)狀[J].中國骨科臨床與基礎(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)制作了一個膝關(guān)節(jié)擾動外骨骼。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)，來改進殘障人士下肢輔助工具及設(shè)備。該膝關(guān)節(jié)擾動外骨骼能夠在健康實驗者正常行走過程中隨機對實驗者的膝蓋施加機械反沖力，觀測健康膝關(guān)節(jié)如何調(diào)節(jié)外來反沖力造成的機械阻抗。

　　通過在實驗者腿部骨骼關(guān)節(jié)處綁定被動式運動捕捉標(biāo)記點，實驗者在跑步機上調(diào)整好最舒適的前進速度，并有多臺OptiTrack高速紅外運動捕捉攝像機對實驗者的全身（尤其下肢）的動作進行捕捉。

　　RELab步態(tài)分析流程

　　An Exoskeleton for Perturbing the Knee During Gait

　　步態(tài)分析與OptiTrack運動捕捉技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用（3D骨骼運動畫面為OptiTrack軟件Motive使用界面）

步態(tài)行進中擾動膝蓋的外骨骼

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 - 膝蓋擾動器