基于人体足趾生物力学功能的仿生踝足假肢设计验证

目的本研究旨在设计并验证一种新型仿生踝足假肢,该假肢具有主动的跖趾关节,能有效模拟生物足趾应对扰动等条件下的地面把持功能。方法本研究设计了一种欠驱动运动机构,实现足趾部件的耦合的平动和旋转运动。建立该机构的运动学模型,并使用有限元分析来模拟足趾部件的地面把持力(即水平剪切力)。为了验证设计的有效性,对人类足趾在扰动条件下的运动模式和足底剪切力进行了实验研究,并将实验结果与有限元分析的结果进行了对比。结果本研究中的仿生踝足假肢可以有效地再现生物足趾的地面把持功能,并且能够产生与生物足趾相当的水平方向剪切力。在扰动条件下,生物足趾产生的最大剪切力为体重的2.1%。结果对比显示,该仿生踝足假肢在静态站立产生45.47 N的剪切力,显著超过了现有的踝足假肢(6.06 N),同时能够模拟生物足趾和地面之间的交互运动(R2=0.96843,P<0.05)。结论研究结果证实了本研究的仿生踝足假肢设计的有效性,跖趾关节耦合运动使其能更好地模拟人体足趾的运动和力学特性,并且提高了地面把持力,为新型踝足假肢设计提供了新的可能性。

智能仿生踝足的研究进展及展望

通过对国内外各机构对智能仿生踝足的研究进行总结,对仿生踝足的未来发展趋势进行展望。目前,对踝足的研究大多是基于残疾人穿戴的假肢,而用于仿人机器人的踝足研究少之又少,仿人机器人作为未来重要的发展对象,其仿生踝足的设计将成为智能仿生踝足的又一新的发展趋势。