LabVIEW测试他人推动式*

　　使用LabVIEW与Compact DAQ测试并验证他人推动式*
　　
　　随着医疗技术的进步，中国人的平均寿命将越来越长。然而，70岁以上老年人中，85％的人有行动障碍，25％的人有脑血管疾病和骨关节炎，这些老年人亟需辅助设备来解决行动困难的问题。存在行动障碍的老年人常用的他人推动式*就可极大减轻了老年人的出行困难。
　　
　　随着人口平均年龄的增加以及年轻就业者与退休人员的比例日益减小，年轻的看护人员也越来越少。通常情况下这些老年人的配偶扮演看护的角色，但他们通常年纪也较大。根据*类型和乘坐者重量的不同，*可重达100公斤甚至更高，使得操控难度增大，并且对乘坐者和看护都极不安全。此外，在上坡或崎岖的道路上，为了保护乘坐者的安全，看护会比较吃力，以致过度劳累或背部、肩部、肘部疼痛。我们需要帮助照顾残障人士的看护减轻推*时的负担。
　　
　　动力辅助*装置是一种减小推行负担的方法。许多此类动力辅助装置已成功提高*的操控性。然而，这些装置没有针对辅助力和个人能力之间的关系进行优化以zui大程度减少看护的体能消耗，因此在辅助控制系统领域，该话题已经日益受到人们的关注。这主要是因为辅助设备常用的控制方法极其简单，仅仅只是让辅助力与推动力成正比关系。老年人的力量各有差异，使得现有的控制系统参数很难与他们的个人能力相适应。
　　
　　系统描述
　　
　　根据个人的力量-速度（FV）关系，我们提出了一种基于需求的辅助控制系统，主要包括以下功能：
　　
　　在看护人员自身力量不够导致推动力不足的情况下提供辅助
　　
　　在较低的推动负担下利用看护的推动力量，减少看护的体能消耗
　　
　　轻松根据个人能力或推动力进行调整
　　
　　我们在PAMELA平台上通过三个纵向坡度分别为6.5％（3.6度）、9.0％（5.0度）和12.0％（6.9度）的平坦表面研究在*的推力负荷下这一高性能控制器对看护推*行为的辅助作用。　　
　　我们在具有两个聚氨酯前轮和后轮的NHS9L标准*上安装了6轴MC3A力传感器（用于测量看护人员推动力）、500p/r旋转编码器（用于测量*速度）、距离传感器（用于测量看护人员与*之间距离）以及装有脚踏开关的凉鞋（用于测量脚与*接触时间）。所有来自传感器的信号连接到NI9205C系列模块，并输入到NIcDAQ-9174机箱。我们开发了一个VI（图3）来采集和记录来自信号的相应数据。　　
　　实验参与者分别在水平路面和三个不同坡度的纵向斜坡中推动*，我们分别从以下四个方面对每个人的推动力量进行计算：作用力、*速度、步行方式及姿势。根据LabVIEW测量的实验结果显示：看护人员的自然推动力是自身zui大力量的10%~30％，且推动力与步行速度成反比。看护的推动力（作用力）随着*负载（高达96公斤）与坡度（高达12％）的增加而增加。此外，只有大步伐和低步频才能让看护人员使出zui大推力。　　
　　基于初步实验，我们先画出了达到特定速度与所需施加的力的关系图，并根据这些参数推导出推力与速度的关系，进而绘制了每个人的FV关系图。我们将辅助力的界限设为看护人员推动力的30％，并在NHS标准仪器*（图4）的后轮上安装了直流电动马达与链传动系统（图5）。*座位背面装有分流稳压器的马达驱动器可用来控制马达。我们在初始的NI系统中添加了NI9263输出模块，为电动马达提供计算出的所需FV输出电压，以在需要时直接驱动后轮。同步I/O信号对于成功测试和验证控制系统至关重要。只有NI硬件与LabVIEW能够帮我们实现这一目的。　　
　　（北京瀚文网星科技有限责任公司）创建了一个新VI（图6），以添加辅助控制规则，当看护人员的推动力超过了zui初实验中FV关系定义的界*，该规则即会计算并产生相应的辅助力。我们使用该VI来测试之前提出的FV关系法及常用的比例(P)辅助控制器。P控制器通过计算看护人员推力和辅助增益的乘积来生成辅助力。我们在辅助控制器的帮助下让看护人员重复进行初始试验。LabVIEW所具有的灵活性使我们能够根据每个人的推动力来轻松设置和调整辅助界限和增益，使看护能够较轻松地在斜坡上推*。　　
　　该实验表明，与P控制方法“持续提供辅助力”不同的是，FV控制法在推动力低于辅助界*并不会提供辅助。相反，只有在看护人员的推动力超过FV关系定义的界*，新的FV控制系统才会提供辅助。
　　
　　系统优势
　　
　　借助我们开发的控制系统，看护人员的推动力始终保持在辅助界限以下，而且这一辅助界限可轻松根据看护人员自身的力量进行调整。因此，该系统可确保辅助力仅在需要时才被使用，从而显著降低需要消耗的电能。相比常见的比例辅助控制系统，这是一个重大的优势。此外，看护员可将推*作为一种适量的运动，同时也可在需要时使用辅助力。
　　
　　该项研究所取得的成果能够以低能耗为长距离推行提供充足的辅助力，同时提高安全性以及减轻看护的负担。这极大地提高了残障人士与看护，尤其是老年人的生活质量，他们可以更轻松地在户外以及恶劣地形上操控*。
　　
　　该控制系统还可针对个人能力优化其他辅助系统、康复系统和训练系统。
　　
　　NI软件与硬件超出预期
　　
　　（北京瀚文网星科技有限责任公司）使用NICompact DAQ和LabVIEW来创建可同步采集和记录数据并可同步多个I/O通道的解决方案——这远远超出了我们的预期。”LabVIEW可轻松地与第三方硬件集成，同时作为新用户，我们发现图形化编程环境非常直观易用。
　　
　　易于操作的前面板可帮助我们整合辅助增益、时间常数和FV关系等参数来调整和控制*上的辅助马达。如果没有该功能，我们只能在仿真*中对所提出的控制规则进行测试。