طراحی یک ارتز خارجی جهت بالانس گرانشی پای انسان

هدف اصلی این پایان نامه، بالانس گرانشی پای انسان به کمک یک ارتز خارجی و به منظور کاهش توان ماهیچه ای لازم (گشتاور مورد نیاز در مفاصل) برای حرکت شخص کاربر می باشد. بالانس گرانشی غالباً برای کاهش توان مورد نیاز عملگرهای مولد حرکت (گشتاور موتورها) در ماشین های صنعتی مورد استفاده قرار می گرفته است. در طرح ارایه شده در این پایان نامه، ساختاری مکانیکی موسوم به ارتز خارجی از یک سو توسط یک مفصل مناسب به ساق پای شخص کاربر متصل می گردد و از طرف دیگر به یک چهارچوب حرکتی متصل می شود. بدین ترتیب پا به همراه ارتز خارجی متصل به آن یک حلقه بسته سینماتیکی تشکیل می دهد. طول مناسب برای عضوهای ارتز خارجی به گونه ای انتخاب می شود که این حلقه همواره در طول زمان حرکت بسته باقی بماند. بالانس گرانشی پای انسان در عمل بدین معنی است که انرژی پتانسیل سیستم متشکل از پا و ارتز خارجی، در تمام طول حرکت، مستقل از پیکربندی عضوهای پا (تغییر در زوایای مفاصل پا در حین حرکت) باشد. چنین حالتی با انتخاب مناسب پارامترهای اینرسی اعضای ارتز خارجی (جرم و موقعیت مرکز جرم عضوهای) و نیز افزودن فنر با انتخاب نقطه اثر مناسب آن و ضریب سختی مناسب به سیستم میسر خواهد شد. با توجه به حالات ممکن برای حرکت پا در صفحات حرکتی مختلف (درجات آزادی مختلف در حرکت پا)، طرح های مناسبی برای بالانس گرانشی پا و پشتیبانی حرکت در هر یک از حالات حرکتی ارایه شده است. به منظور محاسبه گشتاورهای مورد نیاز برای حرکت در مفاصل پا، دینامیک مجموعه پا و ارتز خارجی تحلیل می شود و در نهایت، نتایج به دست آمده به منظور بررسی تأثیر بالانس گرانشی پا به وسیله ارتز خارجی طراحی شده در حالات مختلف حرکت، با یکدیگر و نیز با نتایج مربوط به حرکت پا بدون اتصال ارتز خارجی به آن مقایسه می شوند و چگونگی تسهیل حرکت درهنگام اتصال ارتز خارجی به پا مورد مطالعه قرار می گیرد. به طور کلی نتایج بیان گر آن هستند که بالانس گرانشی در سرعت های حرکت نسبتاً کم باعث کاهش گشتاورهای مفصلی شده و حرکت فرد را تسهیل می کند. با زیاد شدن سرعت حرکت و افزایش تأثیر اینرسی سیستم از این مزیت کاسته می شود.