Modeling and biomechanical analysis of lower extremity exoskeleton

Abstract

Dış iskeletler, çeşitli nedenlerle uzuvlarını kaybeden kişilerin kas rehabilitasyonu ve/veya sosyal hayata adaptasyonu için geliştirilmiş cihazlardır Bu çalışmada, Solidworks programı kullanılarak A Glass Fiber malzemeden yapılmış bir alt ekstremite dış iskeleti tasarlanmıştır. AnyBody programında tasarım modeli kas-iskelet sistemi üzerine bindirilerek iki yürüyüş döngüsü boyunca biyomekanik analizler yapılmıştır. Bu biyomekanik analizler sonucunda kas aktiviteleri, kas kuvveti, eklem momenti ve reaksiyon kuvveti verileri elde edilmiştir. Veriler, dış iskeletli ve dış iskeletsiz olmak üzere iki farklı yürüme yapan model üzerinde toplanmış ve analiz edilmiştir. Tasarımda kullanılan A Glass Fiber malzemenin dış iskeletin ağırlığını motor ağırlığı dahil yaklaşık 8-9 kg'a kadar düşürdüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca dış iskelet tasarımının, literatürde tasarlanan benzer dış iskeletlere göre kaslar ve eklemler üzerindeki kuvveti daha fazla azalttığı görülmüştür. Ayrıca simülasyon sonuçları, dış iskeletin femur ve tibianın S şeklindeki yapısının insan anatomik daha uygun olduğunu göstermiştir. Ayrıca yürüyüşte gövdeden bacaklara kuvvet aktarımının daha dengeli olduğu gözlemlenmiştir. Son olarak dış iskelet ile yürümenin psoas major kasını daha fazla çalıştırarak kalçanın ön-arka kuvvetini arttırdığı sonucuna varılmıştır.