移乘背抱护理机器人舒适性生物力学模型分析

摘要

为探索移乘背抱护理机器人人机交互力学特性与被护理人舒适性感受的潜在关联，研究显性的人机接触力相对于人体生物力学特性的映射关系，揭示影响被护理人舒适性的主要作用肌群，提出了舒适性测试试验与AnyBody背抱运动人体生物力学模型相结合的方法．从被护理人的肌肉激活程度入手，对移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征进行了分析．首先，介绍了移乘背抱护理机器人典型结构工作原理并进行了运动学分析，在此基础上搭建了舒适性测试试验系统，基于主观舒适性评分规划了服务于试验的基础运动轨迹，并通过试验得到了人机主要接触部位力学信息．然后，以试验数据为边界条件构建了基于Any Body的背抱运动人体生物力学模型，依托逆动力学仿真分析得到了肌肉激活程度，并对比舒适性测试肌肉激活程度验证了仿真模型的有效性．最后，结合人机主要接触部位受力、肌肉激活程度及主观舒适性评分综合分析了移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征，明确了影响被护理人舒适性的主要作用肌群．结果表明：影响被护理人舒适性的主要作用肌群有7个，且被护理人胸部压力与腋下压力值大小分别与影响其躯干和上肢舒适性的肌肉激活程度呈正相关．可通过建立胸部压力与腋下压力值相关的加权函数有效描述不同被护理人整体舒适性特征，为移乘背抱护理机器人舒适性运动控制提供了理论依据．

关键词

移乘背抱护理机器人 / 人体生物力学模型 / 肌肉激活程度 / 背抱运动舒适性

基金资助

中央引导地方科技发展资金基础研究资助项目(236Z1814G,206Z1801G); 河北工业大学基本科研业务费资助项目(JBKYTD2202); 国家自然科学基金资助项目(52075145); 河北省重大科技成果转化专项(20281805Z)