Návrh řídicího a pohonného systému chytré ortézy dolních končetin

Abstract

Exoskeletony dokáží usnadnit rehabilitaci dolních končetin tím, že poskytují dodatečnou strukturální oporu a sílu. Hlavním záměrem této bakalářské práce je navržení a implementace funkčního prototypu ovládacího a pohonného systému dolní koncové ortézy, schopného bezdrátové komunikace. Navržené zaměření poskytuje podpůrný točivý moment, kterým se zvyšuje rozsah pohybu končetin při zdravotních komplikacích, snižující svalovou sílu, jako je například artrofibróza. Byla navržena, vypočtena a testována její struktura, komponenty a řídicí algoritmy. Prototyp podporuje zdvih nohou, postupné postavení se a pomalou chůzi. Hlavní způsoby ovládání jsou založeny na umělé neuronové síti a konečném stavovém automatu. Funkčnost prototypu byla monitorována pomocí grafů s časovým úhlem. Konečný prototyp představuje potenciál adaptivně léčit poruchy kloubů.

Exoskeletons can facilitate the rehabilitation of lower limbs as they provide additional structural support and strength. The design and implementation of a functional prototype of lower extremity brace actuation and control system, capable of wireless communication is this thesis's main aim. The design focus is to provide a supportive torque and increase the range of motion after complications that reduce muscular strength such as Arthrofibrosis. Its structure, components and control algorithms were proposed, calculated and tested. The prototype supports leg raises and gradual standing and slow walking. The main control modalities are based on an Artificial Neural Network and a Finite State Machine. The prototype's functionality was monitored by time-angle graphs. The final prototype shows the potential to treat joint impairments in an adaptive way.