발목 관절은 신체의 균형을 유지하고 충격을 흡수하며 보행 주기를 주도한다. 그러나 뇌졸중, 근이영양증 또는 기타 신경계 손상으로 고통받는 환자는 종종 중족골 근육의 약화로 인해 운동 이상증이 발생한다.
발목발 보조기(AFO)는 약한 발목 근육을 지지하고 교정하는 데 자주 사용되는 웨어러블 의료 기기이다. 허베이 공대의 연구원들은 발목 재활을 위한 발목 보조기 외골격을 개발했다. 이 외골격은 유연한 샤프트 모터 시리즈를 통합하여 발목의 등쪽 및 발바닥 굴곡 운동을 지원한다. 외골격은 직렬탄성구동기(SEA: series elastic actuator)가 회생 제동을 통해 에너지를 복구할 수 있도록 하는 자기유변학(MR) 브레이크와 결합된 직렬 탄성 구동기(SEA)에 의해 구동된다.
발목-발 보조기 외골격의 성능을 평가하기 위해 5명의 건강한 피험자를 대상으로 일련의 실험을 수행했다. 다음 조건에서 총 4가지 실험을 수행했다.
1) AFO를 착용하지 않고,
2) 전원 없이 AFO를 착용하고,
3) 전원이 공급되고 MR 브레이크가 비활성화된 AFO를 착용하고,
4) 전원이 공급되고 MR 브레이크가 활성화된 상태에서 AFO를 착용한다.
첫 번째 실험에서 피험자들은 평소처럼 걸었고 AFO를 착용하지 않았다. NOKOV 광학 모션 캡처 시스템이 현장에 배치되었으며 보행 주기 동안 발목 관절의 움직임을 정확하게 기록하기 위해 피사체의 다리와 발에 부착된 여러 반사 마커의 움직임을 캡처했다. 두 번째, 세 번째, 네 번째 실험에서 피험자들은 AFO를 착용하고 온보드 센서로 데이터를 수집했다.
실험 결과는 위의 그림과 같다. 실험 결과에 따르면 발목-발 외골격은 제어된 발바닥 굴곡(CD) 단계에서 착용자의 발목 발바닥 굽힘을 늦추고 에너지를 재생성할 수 있으며, 이는 착용자의 몸이 에너지를 소비하는 발바닥에서 앞으로 밀도록 발바닥 굽힘 토크를 제공한다. 굴곡(PP) 단계. 이 외골격은 발목의 등쪽 및 발바닥 굴곡을 보조하는 데 효과적이다.
실험 결과: (a) CD 단계의 평균 발목 각속도, (b) CD 단계의 평균 파워, (c) PP 단계의 평균 발목 각도 변위, (d) 평균 발목 각도 스윙 단계
참조 :
[1]Chen B, Zi B, Wang Z, et al. Development of Robotic Ankle–Foot Orthosis With Series Elastic Actuator and Magneto-Rheological Brake[J]. Journal of Mechanisms and Robotics, 2021, 13(1).
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