ЭКЗОСКЕЛЕТЫ ГОЛЕНОСТОПНОГО СУСТАВА С ПРИВОДОМ: СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ И МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-127-4-262-275Ключевые слова:
экзоскелет голеностопного сустава, реабилитационный робот, голеностопный сустав, методы действия, методы управленияАннотация
В этой статье предлагается всестороннее и глубокое исследование активных экзоскелетов голеностопного сустава с акцентом на их внешние источники энергии. Он начинается с разъяснения сложной анатомии комплекса голеностопного сустава. Кроме того, он признает многогранность исследовательских задач и проблем проектирования, присущих разработке роботизированных аппаратных систем для этой цели. В документе систематически раскрываются различные механизмы, методы приведения в действие и стратегии управления, используемые в активных экзоскелетах голеностопного сустава. Это тщательное исследование позволяет провести тщательную классификацию, сравнение и обзор соответствующих технологий в данной области. В завершение этого исследования в документе представлены ценные рекомендации по дизайну, направленные на содействие развитию силовых экзоскелетов, специально предназначенных для голеностопного сустава. Эти идеи служат ценным ресурсом для исследователей и инженеров, стремящихся расширить возможности и области применения экзоскелетов голеностопного сустава, приводимых в действие внешними средствами.
Библиографические ссылки
[1] M. Cenciarini and A. M. Dollar, “Biomechanical considerations in the design of lower limb exoskeletons,” in IEEE Int. Conf. Rehab. Robot. (ICORR), 2011, pp. 1–6.
[2] B. Chen et al., “Recent developments and challenges of lower extremity exoskeletons,” J. Orthop. Transl., vol. 5, pp. 26–37, 2016.
[3] N. Li, L. Yan, H. Qian, H. Wu, J. Wu, and S. Men, “Review on Lower Extremity Exoskeleton Robot,” Open Autom. Control Syst. J., vol. 7, pp. 441–453, 2015.
[4] J.E. Muscholino, L. Whitney, Kinesiology – The skeletal system and muscle funtion, 2nd edition, Mosby, 2011, pp. 124 -316.
[5] T. R. D. J. Hamill and K. M. Knutzen, Biomechanical basis of human movement, 4 th edition, Philadelphia: Wolters Kluwer Health, 2015.
[6] B. M. Nigg, V. Fisher, T. L. Allinger, J. R. Ronsky, and J. R. Engsberg, “Range of motion of the foot as a function of age,” Foot Ankle, vol. 13, no. 6, pp. 336–343, 1992.
[7] D. A. Neumann, “Ankle and Foot,” Kinesiology of the musculoskeletal system, 2nd edition, Mosby, 2010, pp. 1– 8.
[8] Y. Fan and Y. Yin, “Mechanism design and motion control of a parallel ankle joint for rehabilitation robotic exoskeleton,” in IEEE Int. Conf. on Robot. Biomim. (ROBIO), 2009, pp. 2527–2532.
[9] J. L. McKay and L. H. Ting, “Optimization of muscle activity for task-level goals predicts complex changes in limb forces across biomechanical contexts,” PLoS Comput. Biol., vol. 8, no. 4, pp. 1–17, 2012.
[10] M. Cestari, D. Sanz-Merodio, J. C. Arevalo, and E. Garcia, “An adjustable compliant joint for lower-limb exoskeletons,” in IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 20, no. 2, pp. 889–898, 2015.
[11] M. Alam, I. A. Choudhury, and A. Bin Mamat, “Mechanism and Design Analysis of Articulated Ankle Foot Orthoses for Drop-Foot,” Sci. World J., vol. 2014, pp. 1–14, 2014.
[12] S. Superiore, S. Anna, N. Vitiello, S. Superiore, and S. Anna, “Robotics and Autonomous Systems Review of assistive strategies in powered lower-limb orthoses and exoskeletons," J. Rob. Aut. Syst., vol. 64, pp. 120–136, 2015.
[13] K. Z. Takahashi, M. D. Lewek, and G. S. Sawicki, “A neuromechanics-based powered ankle exoskeleton to assist walking post-stroke: a feasibility study,” J. Neuroeng. Rehabil., vol. 12, no. 1, pp. 12–23, 2015.
[14] Y. Bai, X. Gao, J. Zhao, F. Jin, F. Dai, and Y. Lv, “A Portable Ankle-Foot Rehabilitation Orthosis Powered by Electric Motor,” Open Mech. Eng. J., vol. 9, no. 1, pp. 982–991, 2015.
[15] L. M. Mooney, E. J. Rouse, and H. M. Herr, “Autonomous exoskeleton reduces metabolic cost of human walking,” J. Neuroeng. Rehabil., vol. 11, no. 1, pp. 1–5, 2014.
[16] K. A. Witte, J. Zhang, R. W. Jackson, and S. H. Collins, “Design of two lightweight, high-bandwidth torquecontrolled ankle exoskeletons,” in IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp. 1223–1228, 2015.
[17] A. T. Asbeck, S. M. M. De Rossi, K. G. Holt, and C. J. Walsh, “A biologically inspired soft exosuit for walking assistance,” Int. J. Rob. Res., vol. 34, no. 6, pp. 744–762, 2015.
[18] H. Yu et al., “Mechanical design of a portable knee-anklefoot robot,” in IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp. 2183–2188, 2013.
[19] W. Van Dijk, C. Meijneke, and H. van Der Kooij, “Evaluation of the achilles ankle exoskeleton,” IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., vol. 25, no. 2, pp. 151– 160, 2017.
[20] A. Polinkovsky, R. J. Bachmann, N. I. Kern, and R. D. Quinn, “An Ankle Foot Orthosis with Insertion Point Eccentricity Control,” in IEEE/RSJ Int. Conf. Int. Robot. and Syst., 2011, pp. 1603–1608.
[21] K. A. Shorter, G. F. Kogler, E. Loth, W. K. Durfee, and E. T. Hsiao-Wecksler, “A portable powered ankle-foot orthosis for rehabilitation,” J. Rehabil. Res. Dev., vol. 48, no. 4, 2011, pp. 4594–472.
[22] Y. L. Park et al., “Bio-inspired active soft orthotic device for ankle foot pathologies,” in IEEE Int. Conf. Intell. Robot. Syst., pp. 4488–4495, 2011.
[23] A. B. Zoss, H. Kazerooni, and A. Chu, “Biomechanical design of the Berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX),” IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 11, no. 2, pp. 128–138, 2006.
[24] K. I. J. Furusho et al., “Development of Shear Type Compact MR Brake for the Intelligent Ankle-Foot Orthosis and Its Control,” in IEEE Int. Conf. Rehab. Robot. (ICORR), 2007, pp. 89–94.
[25] L. Deberg and M. T. Andani, “An SMA Passive Ankle Foot Orthosis: Design, Modeling, and Experimental Evaluation,” Smart Mater. Res., vol. 2014, 2014.
[26] P. C. Kao, C. L. Lewis, and D. P. Ferris, “Invariant ankle moment patterns when walking with and without a robotic ankle exoskeleton,” J. Biomech., vol. 43, no. 2, pp. 203– 209, 2010.
[27] H. S. Lo and S. Q. Xie, “Medical Engineering & Physics Exoskeleton robots for upper-limb rehabilitation: State of the art and future prospects,” Med. Eng. Phys., vol. 34, no. 3, pp. 261–268, 2012.
[28] S. M.T. Reza, N. Ahmad, I. A. Choudhury, and R. A. R. Ghazilla, “A fuzzy controller for lower limb exoskeletons during sit-to-stand and stand-to-sit movement using wearable sensors,” Sensors (Basel)., vol. 14, no. 3, pp. 4342–4363, 2014.
[29] J. V Mccall, S. A. Philius, R. W. Nuckols, and G. S. Sawicki. Performance of a powered ankle exoskeleton using neuromuscular model-based control over a range of walking speeds [Online]. Available: http://hpl.bme.unc.edu/McCall_ASB_2017.pdf.
[30] L. Peternel, T. Noda, T. Petri, A. Ude, J. Morimoto, and J. Babic, “Adaptive control of exoskeleton robots for periodic assistive behaviours based on EMG feedback minimisation,” PLoS One, vol. 11, no. 2, 2016.
[31] J. A. Blaya and H. Herr, “Adaptive Control of a Variable Impedance Ankle-Foot Orthosis to Assist Drop-Foot Gait,” IEEE trans. Neur. sys. Rehab. Eng., vol. 12, no. 1, pp. 24– 31, 2004.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Нұрсұлтан Жетенбаев, Гани Балбаев, Айтолкын Рысбек
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
