ЭКЗОСКЕЛЕТЫ ГОЛЕНОСТОПНОГО СУСТАВА С ПРИВОДОМ: СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ И МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Авторы

  • Нұрсұлтан Жетенбаев Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева
  • Гани Балбаев Академия логистики и транспорта
  • Айтолкын Рысбек Академия логистики и транспорта

DOI:

https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-127-4-262-275

Ключевые слова:

экзоскелет голеностопного сустава, реабилитационный робот, голеностопный сустав, методы действия, методы управления

Аннотация

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.

Биографии авторов

Нұрсұлтан Жетенбаев, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

магистр, старший преподаватель, Астана, Казахстан,  nursultan.zhetenbaev@mail.ru

Гани Балбаев, Академия логистики и транспорта

PhD, ассоциированный профессор, Алматы, Казахстан,  g.balbayev@alt.edu.kz

Айтолкын Рысбек, Академия логистики и транспорта

докторант, Алматы, Казахстан, aitolkyn.rysbek1997@mail.ru

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.

Опубликован

25.08.2023

Как цитировать

Жетенбаев, Н., Балбаев, Г., & Рысбек, А. . (2023). ЭКЗОСКЕЛЕТЫ ГОЛЕНОСТОПНОГО СУСТАВА С ПРИВОДОМ: СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ И МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ. Вестник КазАТК, 127(4), 262–275. https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-127-4-262-275

Выпуск

Раздел

Автоматизация, телемеханика, связь, компьютерные науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>