無動力外骨骼輔具設計

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Title:	無動力外骨骼輔具設計
Authors:	龍希文林侃盈
Contributors:	創意設計學院創意商品設計學系
Keywords:	下肢,3D 列印,彈簧,老化,自理能力
Date:	2022
Issue Date:	2023-11-17 08:37:35 (UTC+0)
Abstract:	老年人腿部肌肉退化造成踝關節活動範圍縮減，遇到不穩定環境，較難調整身體重心，容易導致跌倒。因此我們希望以外骨骼輔助年長者活動狀態，將彈簧固定於足踝後方以減少足踝施力，做為踝關節外骨骼以增加活動範圍。本次研究希望得到適合的彈簧彈性踝關節外骨骼，以減少年長者的跌倒情況。而此次研究數據蒐集方式分為人體測試與行走模擬，利用不同的彈簧與軌跡模擬來獲得精準的數據。在人體測試方面，減少外骨骼的重量，找出適合的彈性模量，讓踝關節活動範圍增加。透過機械手臂模擬踝關節與足部的行走，測試彈簧彈性在行走時的耐受度，再以楊氏模數檢驗彈簧是否產生彈性疲乏。方法：我們先以棉布、彈簧、棉線製作草模，根據實驗修改參數後，以 3D 列印作為外骨骼整體和腳踝處旋轉軸的骨架，最後再加上彈簧，將三者結合成外骨骼。以上述外骨骼模型計算踝關節活動範圍的角度、角速度、和角加速度，以統計出最適合下肢的彈簧力度和腳踝角度；另以機械手臂模擬不同軌跡來檢驗出彈簧的耐用性。初步成果： ⚫ 測試模型方面，已測試第二版草模，第一版在實體穿戴下效果不顯著，第二版的穿戴效果顯著提升。 ⚫ 人體步行實驗方面，第二版草模測試以二種彈簧進行測試，長彈簧的踝關節角度活動範圍 26.8O± 107.5O，短彈簧的踝關節角度活動範圍 53.7O± 36.6O ，相較之下短彈簧較有感。 ⚫ 透過建模軟體 Rhino，並選擇輕量材質，將模型列印至實體，之後便進行測試，在坡道上活動範圍為 75.5 O±131.2 O，而在平地上活動範圍為 59.5 O±24.1 O，相較之下坡道上較有感
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