طراحی بهینه یک اورتز زانو مجهز به عملگرهای الاستیک سری

تعریف مسئله: بررسی های آماری نشان می‏دهند که بیماری ها، تصادفات، سوانح و جنگها از عوامل پای های در افزایش معلولان در جهان می‏باشند. از آن میان بخش عمده‏ای از معلولیتهای نقص عضو در اندامهای حرکتی و بخصوص در اعضای زیر زانو مشاهده می‏شود. چاقی مفرط، کم تحرکی و انجام ندادن حرکات ورزشی مناسب و همچنین ابتلا به برخی بیماری ها، نیز از جمله عواملی هستند که موجب ضعف زانو و عوارضی از این دست می شود که عدم تحمل گشتاورهای بالا در مفصل زانو از جمله پی آمدهای آن می باشد. در این تحقیق ضمن بررسی رفتار دینامیکی اجزاء یک پای سالم در هنگام حرکت در گیت قدم زدن و توان مکانیکی مورد نیاز برای توانمندسازی زانوی ضعیفی تعیین می گردد که عضلات آن تنها قادر هستند تا 50 درصد از حد اکثر گشتاور لازم برای قدم زدن همچون یک پای سالم، را اعمال نمایند.
راه حل: برای توانبخشی زانوی مورد اشاره، یک اورتز زانو طراحی شده است که از نوع کنترل فعال می باشد. در طرح پیشنهادی، اورتز از ترکیب یک عملگر الکترومکانیکی و یک عامل الاستیک تشکیل شده است که در یک سازه سبک وزن چهار میله ای مفصل بندی شده با همدیگر همبند شده اند.
با بررسی طرحهای مختلفی که در آنها تنها ضریب کشسانی عامل الاستیک متفاوت است بهترین طرح برگزیده و مدول کشسانی فنر آن با توجه به قیود هندسی و مکانیکی طرح 7 کیلو نیوتون بر متر تعیین شد. در این شرایط حد اکثر گشتاور قابل اعمال توسط زانو 34 درصد افزایش یافته است.