طراحی بهینة یک اورتز زانو مجهز به عملگرهای الاستیک سری

تعریف مسئله: بررسی‏های آماری نشان می‏دهند که بیماری­ها، تصادفات، سوانح و جنگ­ها از عوامل پایه‏ای در افزایش معلولان در جهان هستند که از میان آنها، بخش عمده‏ای از معلولیت­های نقص عضو در اندام­های حرکتی و به­خصوص در عضوهای زیر زانو مشاهده می‏شود. چاقی مفرط، کم تحرکی، انجام ندادن حرکات ورزشی مناسب و همچنین ابتلا به برخی بیماری­ها، از عواملی هستند که موجب ضعف زانو و چنین عوارضی می شود و عدم تحمل گشتاورهای بالا در مفصل زانو از عواقب آن است. در این تحقیق، علاوه­بر بررسی رفتار دینامیکی اجزای یک پای سالم در طول حرکت در گیت قدم زدن، توان مکانیکی لازم برای توانمندسازی زانوی ضعیفی تعیین می­شود که عضلات آن می­توانند تنها تا 50 درصد از حد­اکثر گشتاور لازم برای قدم زدن، مانند یک پای سالم، را  اعمال کنند. راه حل: برای توانبخشی زانوی اشاره­شده، یک اورتز زانو از نوع کنترل فعال طراحی­شده است. در طرح پیشنهادی، اورتز از ترکیب یک عملگر الکترومکانیکی و یک عامل الاستیک تشکیل­شده است که در یک سازة سبک چهار میله­ای مفصل­بندی شده به همدیگر متصل شده­اند. نتایج: با بررسی طرح­های مختلفی که تنها ضریب کشسانی عامل الاستیک در آنها متفاوت است، بهترین طرح انتخاب و مدول کشسانی فنر آن با توجه به قیدهای هندسی و مکانیکی طرح، 7 کیلو­نیوتون بر متر تعیین شد. در این شرایط، بیشینه گشتاور قابل اعمال توسط زانو تا 34 درصد افزایش­یافته است.