JNER：一种超轻量级、多功能、无束缚的机器人踝关节躯体在脑瘫患者中的可用性和性能验证

踝膝关节并成体有似乎提升未曾受伤生物体和神经细胞疾病生物体的行驶灵活性。踝膝关节是动力器来顺利完并成的一个类似目的，因为它在直接的四肢群众运动里起着关键作用，并且是神经细胞功能缺失生物体里类似的曾受不良影响膝关节。例如，罹患可有（CP）的生物体往往有踝膝关节-足底屈病症。并成体是一种直接的恢复心理健康手段。已经有文献展示出，在坐姿先决条件，两国帮助与预设的生物踝膝关节力矩并成比重在准确度行驶全过程里，可以强化CP小群体的能源消耗和行驶运动速度等关键指标。然而，20世纪原型的可靠性和耐用性较差，并且展示出对于身型极小45 kg的生物体无效，因为加速度产生有限，肩膀构件相对于肩膀和脚的群众运动非常大。但，CP病变在未学术研究医务人员或技术医务人员干涉的意味著穿戴和操作者踝膝关节并成体的灵活性仍然未知。

本学术研究的第一个目的是外观设计一种新型踝膝关节并成体，并审核行驶其间的群众运动稳定性。第二个目的是通过减小心理健康并成年人较慢侧面行驶的能源消耗，醒目该器的相关性和多功能性这些里等强度到高强度的商业活动顺利完并成这些人体稳定性物理，本文假设两组人在用到vs行驶时都时会有非常大的强化。最终目的是完并成可用性审核，量化用户或其看护人在未学术研究医务人员干涉的意味著用到和的设计电子元件的时间。本文发表在《神经细胞病学，神经细胞外科学和精神病学时尚杂志》上（Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry）。

外观设计了一个总重轻的双向充电电池供电的肩膀并成体。腰部的设计的电机通过链条到线缆传输该系统马达肩膀处的重物构件。备有精密的踝膝关节重物的设计在钛合金下行，钛合金管也拥护铝制反作松开。钛合金脚板和肩膀上衣发放了薄弱而宽敞的负荷重新分配GUI。踏板上的特别外观设计器通知了一个低阶控制器，该控制器用于在坐姿先决条件发放二阶的跖侧屈肌加速度和/或在晃动先决条件发放不变的背侧屈肌加速度。肩膀处的个性化操作者该系统加速度特别外观设计器为低准确度正向加速度控制发放反馈。并成体的峰值加速度输出为30 Nm。并成体总总重的50%至65%（有所不同的设计）包含在腰部构件内，因此，将终端缩减的总重对糖类灵活性的侵害下调最低。

替身组并成该系统

踝膝关节构件的外观设计用以是最小限度地增大终端总重和肩膀的侧向醒目，拥护反作松开，并发放刚度GUI，在商业活动其间拥护和帮助预设。四肢终端缩减的总重缩减了行驶的糖类并成本，比仅有端缩减的愈来愈多，并限制了并成体的曾充分利用。放置在下肢内侧的构件时会缩减肢体交互作用的效用，而侧面或外侧醒目似乎导致与周边环境交互作用。踝膝关节构件有数一个单自由度旋转膝关节，并通过肩膀或肩膀上衣和脚板与预设联接。外观设计了一个个性化的操作者该系统角度特别外观设计模组，毗邻钛合金下行皮带轮下方，为开发取而代之角度或运动速度相关控制策略、病变效用审核踝膝关节角度或群众运动仅限于以及观测电子元件的机壳牵引力发放了一个平台。一个角度特别外观设计器毗邻皮带轮旋转轴下方，毗邻钛合金下行，以最小限度构件的横向醒目。FSR讯号用于检测时将和晃动彼此之间的转换，并已确定时将其间的来顺利完并成加速度双曲线。

招募了六名心理健康并成年人，用以是展示出电子元件一般而言于无细菌感染的里等强度可到稳定性提升。招募了七名CP病变，他们的年龄和细菌感染程度各不相同，用以是展示出电子元件需要直接地更高该病变群体在最小松开检测其间的有氧灵活性。在本文之前的学术研究里，中长期是在CP病变的准确度障碍物上缩减可到，尝试追寻踝膝关节并成体来顺利完并成的应用，以更高最小的群众运动灵活性。

六名未曾受伤的参与者里有五名在跑步机侧面行驶时对并成体来顺利完并成底物很差。在检验的最后3分钟内，能源消耗的强化率从7.4%到18%不等，其里一名参与者（P5）在来顺利完并成行驶时未变化。队列在用到与不用到该器的意味著行驶时，糖类灵活性有9.9±2.6%（百分比±标准误差）的强化（p=0.012，d=0.59）。六名未曾受伤的参与者里有五名获得了并成体加速度、角运动速度和机壳牵引力。参与者都需要安全地完并成最小松开爬扶手检测，无任何车祸。在并成体来顺利完并成下顺利完并成最小松开物理其间，爬过的楼层仅缩减了38.4±23.6%（p=0.013，d=0.25）。尽管可到距离缩减，但来顺利完并成和非来顺利完并成最小松开检测的普贤糖类牵引力未非常大差异（p=0.49）。总的的设计时间和应用程序的设计时间往往随着用到次仅增多而随之增大。

在5度斜坡（左列）和扶手踏步机（右列）上顺利完并成来顺利完并成行驶其间，从单个曾人时会（P1）观测的权威性并成体（橙色）和订明的（红色）加速度、运动速度和牵引力双曲线（百分比±正态分布）。

本文的电子元件是所有学术研究或商用动力器电子元件里最轻的踝膝关节构件之一。展示出了罹患CP的青少年和年轻在最小松开检测里用到该电子元件时，需要在扶手踏步机上多爬仅有40%的台阶。这为可穿戴式踝膝关节来顺利完并成器在高强度群众运动里发放焦虑和生理益处的潜力发放了取而代之学说商业活动。愈来愈轻的无约束踝膝关节来顺利完并成似乎必需CP病变缩减以战斗任务为既有的军事训练，已被展示出在强化可有和卒里后病变的商业活动灵活性多方面是并出乎意料的。本文是第一项关于无约束并成体外观设计的学术研究报告，该并成体必需四肢智障的个人在未学术研究医务人员干涉的意味著戴上和操作者电子元件。罹患可有的个人需要戴上和控制电子元件，直到有人帮助行驶（他们自己或有护理医务人员努力）平均需用4分钟，这表明愿景在病理和家庭周边环境里的部署似乎是想像的。

总之，充电电池供电的踝膝关节并成体对于曾人时会来说很难以用到，初步确凿表明，对于未曾受伤的并成年人、罹患CP的青少年和并成年人，在不同的恢复心理健康必要条件下是直接的。

Orekhov, G., Fang, Y., Cuddeback, C.F. et al.Usability and performance validation of an ultra-lightweight and versatile untethered robotic ankle exoskeleton. J NeuroEngineering Rehabil18, 163 (2021).