使用LabVIEW與Compact DAQ測試并驗證他人推動式*
　　
　　隨著醫(yī)療技術的進步，中國人的平均壽命將越來越長。然而，70歲以上老年人中，85％的人有行動障礙，25％的人有腦血管疾病和骨關節(jié)炎，這些老年人亟需輔助設備來解決行動困難的問題。存在行動障礙的老年人常用的他人推動式*就可極大減輕了老年人的出行困難。
　　
　　隨著人口平均年齡的增加以及年輕就業(yè)者與退休人員的比例日益減小，年輕的看護人員也越來越少。通常情況下這些老年人的配偶扮演看護的角色，但他們通常年紀也較大。根據*類型和乘坐者重量的不同，*可重達100公斤甚至更高，使得操控難度增大，并且對乘坐者和看護都極不安全。此外，在上坡或崎嶇的道路上，為了保護乘坐者的安全，看護會比較吃力，以致過度勞累或背部、肩部、肘部疼痛。我們需要幫助照顧殘障人士的看護減輕推*時的負擔。
　　
　　動力輔助*裝置是一種減小推行負擔的方法。許多此類動力輔助裝置已成功提高*的操控性。然而，這些裝置沒有針對輔助力和個人能力之間的關系進行優(yōu)化以zui大程度減少看護的體能消耗，因此在輔助控制系統(tǒng)領域，該話題已經日益受到人們的關注。這主要是因為輔助設備常用的控制方法極其簡單，僅僅只是讓輔助力與推動力成正比關系。老年人的力量各有差異，使得現有的控制系統(tǒng)參數很難與他們的個人能力相適應。
　　
　　系統(tǒng)描述
　　
　　根據個人的力量-速度（FV）關系，我們提出了一種基于需求的輔助控制系統(tǒng)，主要包括以下功能：
　　
　　在看護人員自身力量不夠導致推動力不足的情況下提供輔助
　　
　　在較低的推動負擔下利用看護的推動力量，減少看護的體能消耗
　　
　　輕松根據個人能力或推動力進行調整
　　
　　我們在PAMELA平臺上通過三個縱向坡度分別為6.5％（3.6度）、9.0％（5.0度）和12.0％（6.9度）的平坦表面研究在*的推力負荷下這一高性能控制器對看護推*行為的輔助作用。　　
　　我們在具有兩個聚氨酯前輪和后輪的NHS9L標準*上安裝了6軸MC3A力傳感器（用于測量看護人員推動力）、500p/r旋轉編碼器（用于測量*速度）、距離傳感器（用于測量看護人員與*之間距離）以及裝有腳踏開關的涼鞋（用于測量腳與*接觸時間）。所有來自傳感器的信號連接到NI9205C系列模塊，并輸入到NIcDAQ-9174機箱。我們開發(fā)了一個VI（圖3）來采集和記錄來自信號的相應數據。　　
　　實驗參與者分別在水平路面和三個不同坡度的縱向斜坡中推動*，我們分別從以下四個方面對每個人的推動力量進行計算：作用力、*速度、步行方式及姿勢。根據LabVIEW測量的實驗結果顯示：看護人員的自然推動力是自身zui大力量的10%~30％，且推動力與步行速度成反比?？醋o的推動力（作用力）隨著*負載（高達96公斤）與坡度（高達12％）的增加而增加。此外，只有大步伐和低步頻才能讓看護人員使出zui大推力。　　
　　基于初步實驗，我們先畫出了達到特定速度與所需施加的力的關系圖，并根據這些參數推導出推力與速度的關系，進而繪制了每個人的FV關系圖。我們將輔助力的界限設為看護人員推動力的30％，并在NHS標準儀器*（圖4）的后輪上安裝了直流電動馬達與鏈傳動系統(tǒng)（圖5）。*座位背面裝有分流穩(wěn)壓器的馬達驅動器可用來控制馬達。我們在初始的NI系統(tǒng)中添加了NI9263輸出模塊，為電動馬達提供計算出的所需FV輸出電壓，以在需要時直接驅動后輪。同步I/O信號對于成功測試和驗證控制系統(tǒng)至關重要。只有NI硬件與LabVIEW能夠幫我們實現這一目的。　　
　?。ū本╁木W星科技有限責任公司）創(chuàng)建了一個新VI（圖6），以添加輔助控制規(guī)則，當看護人員的推動力超過了zui初實驗中FV關系定義的界*，該規(guī)則即會計算并產生相應的輔助力。我們使用該VI來測試之前提出的FV關系法及常用的比例(P)輔助控制器。P控制器通過計算看護人員推力和輔助增益的乘積來生成輔助力。我們在輔助控制器的幫助下讓看護人員重復進行初始試驗。LabVIEW所具有的靈活性使我們能夠根據每個人的推動力來輕松設置和調整輔助界限和增益，使看護能夠較輕松地在斜坡上推*。　　
　　該實驗表明，與P控制方法“持續(xù)提供輔助力”不同的是，FV控制法在推動力低于輔助界*并不會提供輔助。相反，只有在看護人員的推動力超過FV關系定義的界*，新的FV控制系統(tǒng)才會提供輔助。
　　
　　系統(tǒng)優(yōu)勢
　　
　　借助我們開發(fā)的控制系統(tǒng)，看護人員的推動力始終保持在輔助界限以下，而且這一輔助界限可輕松根據看護人員自身的力量進行調整。因此，該系統(tǒng)可確保輔助力僅在需要時才被使用，從而顯著降低需要消耗的電能。相比常見的比例輔助控制系統(tǒng)，這是一個重大的優(yōu)勢。此外，看護員可將推*作為一種適量的運動，同時也可在需要時使用輔助力。
　　
　　該項研究所取得的成果能夠以低能耗為長距離推行提供充足的輔助力，同時提高安全性以及減輕看護的負擔。這極大地提高了殘障人士與看護，尤其是老年人的生活質量，他們可以更輕松地在戶外以及惡劣地形上操控*。
　　
　　該控制系統(tǒng)還可針對個人能力優(yōu)化其他輔助系統(tǒng)、康復系統(tǒng)和訓練系統(tǒng)。
　　
　　NI軟件與硬件超出預期
　　
　?。ū本╁木W星科技有限責任公司）使用NICompact DAQ和LabVIEW來創(chuàng)建可同步采集和記錄數據并可同步多個I/O通道的解決方案——這遠遠超出了我們的預期。”LabVIEW可輕松地與第三方硬件集成，同時作為新用戶，我們發(fā)現圖形化編程環(huán)境非常直觀易用。
　　
　　易于操作的前面板可幫助我們整合輔助增益、時間常數和FV關系等參數來調整和控制*上的輔助馬達。如果沒有該功能，我們只能在仿真*中對所提出的控制規(guī)則進行測試。