设计和测试一个EMG控制的半活跃膝关节假肢

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 康复工程 康复工程
• 假肢和整形手术

背景情况:

• 负担得起,传感器驱动的下肢假肢在中等收入医疗保健系统中是有限的.
• 需要为腿骨转移截肢者提供成本效益和功能性的假肢解决方案.

研究的目的:

• 设计,证明和验证用于低资源环境的半活性骨移植假体.
• 为了实现功能,低成本和易于制造之间的平衡.

主要方法:

• 开发了一种轻质假肢 (0.87公斤),使用--碳复合材料框架 (零件成本低于400美元),并进行拓优化.
• 实现了双通道传感系统,结合了表面电肌图 (EMG) 和惯性测量单元 (IMU) 来控制五态步态有限状态机器.
• 通过有限元分析验证了结构完整性,并进行了测试,以评估延迟,功耗和电池自主性等性能指标.

主要成果:

• 假肢达到目标指标:质量≤1公斤,延迟<200毫秒 (平均185毫秒),自主时间~5.7小时,成本<500美元.
• 实验室测试证实了精确的曲控制 (±2.2%) 与低平均电能消耗 (~4.6W).
• 结构分析表明,在临界负荷 (2.94 kN) 下有足够的安全因子 (≥1.6) 和有利的疲劳边际.

结论:

• 开发的半活跃的骨移植假体提供了功能和成本的务实平衡,适合低资源环境.
• 开放的模块化硬件设计促进了小型实验室的制造,并为未来的改进提供了一个平台,例如先进的控制算法.
• 这种原型代表着在全球范围内扩大对智能假肢设备的访问的重要一步.