Kolenní exoskeleton pro stabilizaci chůze a rehabilitační účely

Abstract

Tato diplomová práce se zaměřuje na návrh a experimentální ověření kolenního exoskeletonu určeného pro stabilizaci chůze a rehabilitační účely. Vzhledem k rostoucímu počtu pacientů s kolenními problémy, jako je poranění vazů, které doprovází vrcholové sportovce i starší populaci, je nezbytné vyvinout efektivní rehabilitační pomůcky, které usnadní jejich návrat k běžným aktivitám a zlepší kvalitu života. V práci je popsána složitost kolenního kloubu z biomechanického hlediska, ať už se jedná o kinematiku, statiku nebo dynamiku. Následuje průzkum trhu nositelných zařízení a studií dosavadních konstrukčních řešení s rozdílnou technologií ovládání. Kvůli značné tuhosti současných konvenčních exoskeletonů tato práce vychází z nových požadavků týkajících se pohodlného nošení, splynutí s nositelem a dalších ergonomických aspektů. Inspirací se stal nedávný výzkum pneumatické soft robotiky zaměřený na nositelné aplikace. Postupnými kroky k dosažení hlavního cíle bude navržení senzorické a akční části celé nositelné jednotky s ohledem na funkčnost a ergonomii. Zařízení snímá pohyby kolena a vyhodnocuje rizikové stavy a kritické situace vedoucí ke kolenní nestabilitě. Součástí praktické části je vybrat vhodnou metodu měření kolenního kloubu a zvolenou variantu otestovat. Klíčovou součástí exoskeletonu jsou pneumatické aktuátory, které včasně zareagují a umožní nastavit tuhost zařízení a tím zajistí potřebnou stabilizaci kolenního kloubu při různých úhlech ohybu. V rámci experimentů je provedeno několik měření, která mají za cíl analyzovat mechanické vlastnosti použitého materiálu pro pneumatické aktuátory a jeho chování při aplikaci různých tlaků. Experimentálním měřením je ukázáno, že navržené aktuátory jsou schopny efektivně stabilizovat koleno a bude představena výsledná konfigurace. Závěrem práce jsou zhodnoceny výsledky a je nastíněno několik možných kroků dalšího vývoje a zkoumání.