طراحي يك اُرتز لگني غيرفعال نوين جهت توان‌بخشي راه رفتن با بهره‌گيري از مدل ديناميكي سه ‌بعدي

Design of a novel passive pelvic orthosis for gait rehabilitation using 3D dynamic model

در اين مقاله، طراحي يك اُرتز غيرفعال نوين توان‌بخشي راه رفتن براي بازتواني افرادي كه توانايي راه رفتن خود را به دليل آسيب‌هاي دستگاه عصبي مانند آسيب ستون فقرات و يا عارضه سكته از دست داده‌اند، پيشنهاد شده است. همان طور كه مي‌دانيم، حركت‌هاي لگن نقش مهمي در تعادل و پيش راندن ضمن راه رفتن در طي يك سيكل گامي ايفا مي‌كند. در اين تحقيق، يك اُرتز غيرفعال براي كمك به حركت لگن بيماران ناتوان در راه رفتن با هدف بازيابي الگوي راه رفتن آنها، ارايه و شبيه‌سازي شده است. اين اُرتز لگني بهينه شده فاقد عملگر بوده و صرفاً داراي المان‌هاي انفعالي مي‌باشد. شبيه‌سازي‌ها بر اساس ارايه يك مدل مناسب ديناميكي سه ‌بعدي از بدن انسان با تمركز بر حركت اعضاي پايين‌تنه در حين راه رفتن بر تردميل مي‌باشند. همچنين پارامترهاي ساختاري اُرتز، در طي حل مساله بهينه‌سازي تعريف شده بر اساس مدل ديناميكي مربوطه، استخراج شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه مسير زماني بهينه شده دوران‌هاي لگن به نمودارهاي مطلوب متناظر نزديك بوده و وسيله بهينه غيرفعال قادر است كه حركت مطلوب لگن را بدون كوششي از طرف بيمار تامين كند.

In this paper, the design of a novel gait rehabilitation passive orthosis to training the people who lost their walking ability due to neurological injuries, such as spinal cord injury and stroke is proposed. As known, the movements of pelvis play an important role in balance and propulsion during a gait cycle. In this research, a passive orthosis to assist the motion of pelvis of gait patients for regaining their initial walking pattern is presented and simulated. This optimized pelvic device is un-motorized and contains only passive elements. The simulations are based on presentation of a proper 3D dynamic model of human body by focusing on motions of lower legs during gait on treadmill. Also, structural parameters of orthosis are derived during solution of optimization problem defined on related dynamic model. The simulation results show optimized time trajectories of pelvic rotations are close to corresponding desired diagrams and optimum passive device can create the desired motion of pelvis without any effort from subject.