Title of article :
Design and Evaluation of a Magnetorheological Damper Based Prosthetic Knee
Author/Authors :
Seid, S Production Engineering Department - College of Engineering - Defence University, Bishoftu, Ethiopia , Chandramohan, S Mechanical Engineering Department - Indian Institute of Technology Madras, Chennai, India , Sujatha, S Mechanical Engineering Department - Indian Institute of Technology Madras, Chennai, India
Abstract :
In this work, a magnetorheological (MR) damper based above-knee prosthesis is design and evaluated
based on its performance in swing phase and in stance phase. Initially, a dynamic system model for
swing phase of a prosthetic leg incorporating a single-axis knee with ideal MR damper was built. The
dynamic properties of the damper are represented with Bingham parametric model. From Bingham
model, governing damper parameters that determine the damping force and piston displacement of the
damper are identified and optimized so as to enable the single-axis knee to nearly mimick the natural
swing phase trajectory of a healthy person for level-ground walking as obtained from experimental
data. Then, with the optimal damper parameters, an MR damper valve constrained in a desired
cylindrical volume is developed. Finally, the prosthetic knee with the MR damper is evaluated for its
performance during stance phase, based on ISO standard loading condition for the intended
application. The results show that, compare to Rheo knee®, the MR damper based prosthetic knee has
achieved up to 68% reduction by volume and 40% reduction by weight.
Farsi abstract :
در اين پژوهش، يك دريچه دمپر مگنتورهولوژيكي (MR) كه بر اساس پروتز فوقاني زانو ساخته شده است، براساس عملكرد آن در فاز چرخشي و در مرحله ايستايي طراحي و ارزيابي مي شود. در ابتدا يك مدل پويا سيستم براي فاز نوسان يك پايه پروتز شامل يك زاويه تك محوري با دمپر ايده آل MR ساخته شد. خواص پوياي دمپر با مدل پارامتر Bingham نمايان مي شود.از مدل Bingham پارامترهاي دمپر حاكم بر نيروي محرك و جابجايي پيستون دمپر شناسايي شده و بهينه شده اند تا زانوي تك محور را به تقريبا تقليد مسير طبيعي فيزيكي يك فرد سالم براي پياده روي سطح زمين از داده هاي تجربي به دست آورند. سپس، با پارامترهاي دمپر مطلوب، دريچه دمپر MR محدود شده در حجم استوانه اي مورد نظر توسعه يافته است. در نهايت، زانو پروتز با دمپر MR براي عملكرد آن در فاز ايسنا، بر اساس شرايط بارگذاري استاندارد ISO براي برنامه مورد نظر ارزيابي مي شود. نتايج نشان مي دهد كه در مقايسه با زانو Rhea، زانوي پروتز مبتني بر دمپر MR تا 68% كاهش حجم و كاهش وزن 40% كاهش يافته است.
Keywords :
Damping Force , Magnetorheological (MR) Damper , Swing Phase , Knee