Neuromuscular Modeling for Locomotion with Wearable Assistive Robots — A primer

要約

下肢用の装着型支援ロボット (WR) については、文献に広く記載されています。
歩行やバランス活動中にこれらのデバイスを制御するために、さまざまなインターフェイスが設計されています。
ただし、シームレスで直感的な制御を実現するには、人間の神経筋骨格系 (NMSK) システムの正確なモデリングが必要です。
このようなモデリングにより、WR はユーザーの意図を予測し、必要な共同支援を決定できるようになります。
NMSK システムとインターフェースするコントローラーが存在するにもかかわらず、さまざまなタスクにわたって堅牢で汎用化可能な技術は依然として不足しています。
これらの新しいコントローラーを設計するには、運動の開始と生成の生理機能を理解する神経生理学者と、運動を補助するデバイスを設計および制御するバイオメカトロニクス技術者の専門知識を組み合わせる必要があります。
この文書は、各分野の主要な概念と科学の現状に関する入門書を提示することにより、これらの分野間のギャップを埋めることを目的としています。
運動の神経力学、運動の神経機械モデル、WR で使用される既存の神経機械コント​​ローラーの 3 つの主要なセクションを紹介します。
これらのセクションを通じて、この分野での独創的な研究の包括的な概要を提供し、移動用のウェアラブルロボット工学の将来の進歩に向けて、神経生理学者とバイオメカトロニクスエンジニアの間のコラボレーションを促進します。

要約(オリジナル)

Wearable assistive robots (WR) for the lower extremity are extensively documented in literature. Various interfaces have been designed to control these devices during gait and balance activities. However, achieving seamless and intuitive control requires accurate modeling of the human neuromusculoskeletal (NMSK) system. Such modeling enables WR to anticipate user intentions and determine the necessary joint assistance. Despite the existence of controllers interfacing with the NMSK system, robust and generalizable techniques across different tasks remain scarce. Designing these novel controllers necessitates the combined expertise of neurophysiologists, who understand the physiology of movement initiation and generation, and biomechatronic engineers, who design and control devices that assist movement. This paper aims to bridge the gaps between these fields by presenting a primer on key concepts and the current state of the science in each area. We present three main sections: the neuromechanics of locomotion, neuromechanical models of movement, and existing neuromechanical controllers used in WR. Through these sections, we provide a comprehensive overview of seminal studies in the field, facilitating collaboration between neurophysiologists and biomechatronic engineers for future advances in wearable robotics for locomotion.

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