具有动力跖屈和接受腔对线的矢状面平面踝足假肢

动力踝足假肢通常可以通过辅助蹬地来降低行走的能量消耗。然而，专注于提供机械功可能导致忽视或加剧截肢者中常见的慢性疼痛、刺激、压力性溃疡发展以及最终骨关节炎等问题。本文提出了一种新型经胫骨假肢的设计和验证，该假肢基于预测步态生物力学仿真，最小化用户努力与假肢接受腔交互载荷的组合。基于这些发现，该设备被设计为具有非仿生的前后平移自由度，范围为10厘米，主要通过位置控制来改变假肢足部与残肢的对齐。该系统既是移动的又是系绳式的，电池、致动器和大部分电子设备位于一个小背包中。机械载荷通过电缆传输到假肢，从而最小化所需的远端质量承载。我们测量了力矩和力传感精度、开环致动器性能、闭环力矩和位置控制带宽，以及行走期间的力矩和位置跟踪误差。该系统能够产生高达160 N·m的跖屈力矩和394 N的前后平移力，在两个自由度中闭环控制带宽约为7 Hz。行走期间的力矩跟踪精度在约10 N·m以内，但位置跟踪受到相位滞后的显著影响，可能是由于双向机构中的电缆松弛所致。该原型能够复现我们模拟的假肢步态动力学，并为使用预测生物力学仿真作为可穿戴机器人设计工具的优势和实际考虑提供了有用的见解。