IEEE trans:儿童截肢自动惯常的膝关节控制假肢的建模与设计

人工腿部必须为运用以者获取准确性，同时促进自然社会活动。准确性可以通过腿部政府机构的几何内部结构来借助于，也可以通过紧密结合惯常操控单元来借助于。 持续发展，人工腿部设计者的科学研究着重早就转移到中央处理器操控的人工腿部（MPKs）的共同开发上。尽管科学研究表明，MPK比宗教性的机械腿部设计者带有基本功能占优势，但MPK由于其类似的很小和较重的外形，仅限于这群人。与一般来说运用以中央处理器或机械喷射有助的腿部相异，市场上的孩童人工腿部一般来说依靠更简单、更轻和更紧凑的单轮轴或多中心有助来获取几何准确性。然而，几何稳定的孩童腿部与经股截肢的相对于活跃孩童的频繁跌倒有关。这表明所需有所改善孩童的腿部准确性。两轮轴（Automatic Stance Phase Lock ）ASPL组件是为共同开发的，现有可用以化妆（全都地形腿部，美国LegWorks公司）。早就证明它可以大大提高准确性，大大提高步行更快，减少能量消耗。然而，尚未有为孩童截肢者共同开发的两轮轴ASPL。

两轮轴ASPL组件的脱臼准确性由两轮轴（脱臼轮轴和操控轮轴）的内置暂时。然而，由于和孩童在身型和体段长度上的巨大差异 ，现有尚不清楚是否可以采用基于的ASPL轮轴内置，以在内科这群人中与相异年龄无关的广泛身型范围内获取合适的神经科学基本功能。此外，轮轴内置必须有助设计者非常适合孩童的紧凑轻便腿部。本项工作的总体目标是设计者一个两轮轴ASPL腿部的孩童版本。主要着重是借助神经科学三维来共同开发非常适合内科的ASPL喷射组件。神经科学三维已最终用以优化人工腿部接口的设计者，并科学研究了人工腿部数量级对坐姿和坐姿能量学的影响，以及喷射基本功能。腿部基本功能的解析是在一个单受试者交叉结果表明透过的，涉及运用以ASPL腿部的构建蓝本对行驶反复中的未来世界、社会活动学和热力学坐姿实例透过神经科学归纳。

孩童化妆蓝本

为了获取合适的神经科学基本功能（即惯常前期的小腿准确性和平稳转化成摆动前期），所需建起两轮轴ASPL惯常操控有助的合适轮轴内置，以确保安全最终适应孩童这群人。本设计者的目的是同样紧密结合一种新型的摆动相位操控组件-非对称步频操控器，由相异的摩擦水平和一个伸展辅助弹簧组成。设计者的目标群体是12岁及以下的孩童。正向化妆腿部喷射有助一般来说带有两种状态：1）稳定，获取支柱（即，防止离地时可避免的腿部屈曲）；2）不稳定，允许脸部弯曲并转化成摆动前期。腿部准确性一般来说由离地杠杆原理（GRF）起着线相对于主腿部马蹄形的位置和方向来定义。腿部不稳图可用以可视化和审计ASPL操控有助的准确性特征。将ASPL操控有助纳入孩童腿部（CASPL），轮轴内置必须适应与相异年龄组无关的一系列身型。类似的内科人工腿部接口适用以6-12岁的年龄段。由于ASPL系统设计的新颖性，没有古文献或建模系统设计概述设计者实例或最佳轮轴内置，更不用说它对内科这群人的适应性。

制作了两个腿部蓝本。设计者划分四个主要共同开发前期：1）内置喷射政府机构；2）运用以CAD应用软件对设计者透过建模；3）系统设计的发展有限元法对部件透过内部结构优化；4）运用以内部结构试验组件对蓝本透过试验。这项科学研究透过了一次抗病毒。包括CASPL腿部三维的拟合和数据处理。与会者是一名10岁男性，侧经股截肢，体形27.5公斤。她有四年运用以化妆的长处，坐姿归纳运用以摄像机社会活动捕捉操控系统（英国维康匹克维康370）和位于10米护栏中间的两个一般而言力平台（Bertec 4060，Bertec Corp，US）透过。与会者被立即以自己选择的舒适更快行驶。每个腿部至少透过了三次试验，从而借助于了干净的力板接触。每一次都是在10米长的护栏上散步。与会者在每个小腿的两组试验错综复杂休息，以大大降低劳累的影响

该三维基于操控ASPL政府机构轮轴内置的关键实例，并运用以该三维考虑到非常适合相异年龄和身型用户的内科ASPL内置。该三维建起了一系列的轮轴内置，为ASPL政府机构的设计者获取信息，ASPL政府机构能够适应现代到后期惯常前期的准确性，而不所需腱额外的肌肉力量来启动后期惯常的摆动，并产生步行性能的全都面有所改善。运用以准确性建模系统设计，归功于的单构型可应有适应6至12岁（男性和男性）内科这群人的身型范围。CASPL腿部的腱社会活动范围更大，但是与会者也能够在腱社会活动范围方面获得更好的坐姿对称性。本科学研究中用以审计ASPL有助基本功能的另一个指标是腱伸展和屈曲施力峰值。当分别在负荷质子化和摆动开始前期透过比较时，尽管行驶更快相异，但CONV和CASPL腿部错综复杂的校准结果相似。由于腱施力与步行更快呈正无关，因此在相同的步行更快下，CASPL产生的施力也许比CONV小腿产生的施力略低。这也许会引致行驶时肌肉力量降低，并也许引致劳累。

本文设计者了一种孩童2轮轴ASPL腿部化妆蓝本并透过了初步解析科学研究，以获取设计者的神经科学审计，特别是侧重于喷射有助的准确性和基本功能性。数据表明，惯常操控有助获取了惯常前期的准确性和从惯常前期到摆动前期的过渡到。

C. C. Ngan and J. Andrysek, "Modeling and Design of the Automatic Stance Phase Lock (ASPL) Knee Joint Control Mechanism for Paediatric Users With Transfemoral Amputations," in IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 28, no. 1, pp. 203-210, Jan. 2020, doi: 10.1109/TNSRE.2019.2952004.