ПОЛУАКТИВНЫЙ АДАПТЕР КОЛЕННОГО УЗЛА ДЛЯ ТРАНСФЕМОРАЛЬНОГО ПРОТЕЗА: КОНСТРУКЦИЯ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА
Ключевые слова:
искусственные конечности; коленный сустав; нижняя конечность; проектирование протезов; биомеханические явления; компьютерное моделирование; реабилитация.Аннотация
Разработан компактный полуактивный коленный адаптер для трансфеморального протезирования и проведена предварительная оценка его конструктивной конфигурации, модульности, технологичности изготовления и моделируемых кинематических характеристик. Параметрическая трехмерная модель была создана в SolidWorks 2024 и включала несущий корпус, центральный шарнирный механизм, рычажную систему, проксимальный чашеобразный интерфейс, боковые опоры для приводов и дистальный цилиндрический адаптер. При проектировании особое внимание уделялось компактности, модульной сборке, удобству технического обслуживания, геометрической адаптивности и возможности последующей интеграции приводов и датчиков. Для проверки механической интеграции и возможности реализации движения с использованием технологии быстрого прототипирования был изготовлен лабораторный прототип, оснащенный боковыми приводными элементами и базовыми электронными компонентами. Для оценки углового перемещения, угловой скорости и крутящего момента привода было выполнено численное моделирование характерного цикла сгибания–разгибания коленного узла. Общая высота разработанного адаптера составила 383,19 мм, максимальная ширина — 144 мм, а моделируемый угол сгибания коленного сустава достигал приблизительно 40–45°. Профиль угловой скорости имел плавный и симметричный характер, а расчетный крутящий момент привода в течение всего моделируемого цикла оставался приблизительно в пределах 1 Н·м. Полученные предварительные результаты подтверждают конструктивную реализуемость и предсказуемые кинематические характеристики предложенного полуактивного коленного адаптера. Дальнейшие исследования будут направлены на конечно-элементный анализ, стендовые и усталостные испытания, интеграцию датчиков, разработку алгоритмов управления и экспериментальную оценку ходьбы.
Библиографические ссылки
Jakob V., Küderle A., Kluge F., Klucken J., Eskofier B.M., Winkler J., Winterholler M., Gassner H. Validation of a sensor-based gait analysis system with a gold-standard motion capture system in patients with Parkinson’s disease. Sensors, 2021; 21(22):7680. doi: 10.3390/s21227680.
Johansson J.L., Sherrill D.M., Riley P.O., Bonato P., Herr H. A clinical comparison of variable-damping and mechanically passive prosthetic knee devices. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation, 2005; 84(8):563–575. doi: 10.1097/01.phm.0000174665.74933.0b.
Windrich M., Grimmer M., Christ O., Rinderknecht S., Beckerle P. Active lower limb prosthetics: a systematic review of design issues and solutions. BioMedical Engineering OnLine, 2016; 15(Suppl 3):140. doi: 10.1186/s12938-016-0284-9.
Tucker M.R., Olivier J., Pagel A., Bleuler H., Bouri M., Lambercy O., del R. Millán J., Riener R., Vallery H., Gassert R. Control strategies for active lower extremity prosthetics and orthotics: a review. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 2015; 12:1. doi: 10.1186/1743-0003-12-1.
Andrysek J. Lower-limb prosthetic technologies in the developing world: a review of literature from 1994–2010. Prosthetics and Orthotics International, 2010; 34(4):378–398. doi: 10.3109/03093646.2010.520060.
Sup F., Bohara A., Goldfarb M. Design and control of a powered transfemoral prosthesis. The International Journal of Robotics Research, 2008; 27(2):263–273. doi: 10.1177/0278364907084588.
Martinez-Villalpando E.C., Herr H. Agonist-antagonist active knee prosthesis: a preliminary study in level-ground walking. Journal of Rehabilitation Research and Development, 2009; 46(3):361–374. doi: 10.1682/JRRD.2008.09.0131.
Jiang J., Lee K.M., Ji J. Review of anatomy-based ankle-foot robotics for mind, motor and motion recovery following stroke: design considerations and needs. International Journal of Intelligent Robotics Applications, 2018; 2:267–282. doi: 10.1007/s41315-018-0065-7.
Shafer B.A., Philius S.A., Nuckols R.W., McCall J., Young A.J., Sawicki G.S. Neuromechanics and energetics of walking with an ankle exoskeleton using neuromuscular-model-based control: a parameter study. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021; 9:615358. doi: 10.3389/fbioe.2021.615358.
Abdreshova S., Akhmejanov S., Ozhikenov K., Zhetenbayev N., Nurgizat Y., Bizhanov D., Sultan A., Ayazbay A.A., Zharmagambetova M., Sergazin G. Development and biomechanical evaluation of a modular knee prosthesis: from conceptual V1 design to an improved V3 model. Bioengineering, 2026; 13(2):201. doi: 10.3390/bioengineering13020201.
Ballit A., Mougharbel I., Ghaziri H., Dao T.T. Computer-aided parametric prosthetic socket design based on real-time soft tissue deformation and an inverse approach. The Visual Computer, 2022; 38:919–937. doi: 10.1007/s00371-021-02059-9.
Manero A., Smith P., Sparkman J., Dombrowski M., Courbin D., Kester A., Womack I., Chi A. Implementation of 3D printing technology in the field of prosthetics: past, present, and future. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2019; 16(9):1641. doi: 10.3390/ijerph16091641.
ten Kate J., Smit G., Breedveld P. 3D-printed upper limb prostheses: a review. Disability and Rehabilitation: Assistive Technology, 2017; 12(3):300–314. doi: 10.1080/17483107.2016.1253117.
Zhang M., Mak A.F.T., Roberts V.C. Finite element modelling of a residual lower-limb in a prosthetic socket: a survey of the development in the first decade. Medical Engineering & Physics, 1998; 20(5):360–373. doi: 10.1016/S1350-4533(98)00027-7.
Dickinson A.S., Steer J.W., Worsley P.R. Finite element analysis of the amputated lower limb: a systematic review and recommendations. Medical Engineering & Physics, 2017; 43:1–18. doi: 10.1016/j.medengphy.2017.02.008.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 Еркебұлан Нұрғизат, Касымбек Ожикенов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
