An Experimental Setup to Test Obstacle-dealing Capabilities of Prosthetic Feet

要約

市販の義足では地面の小さな障害物に引っかかって転倒することがよくあります。
最近開発された足の中には、坂道などで足首の角度を積極的に制御できるものもありますが、その平らで硬い靴底は、平らでない地面では依然として不安定の原因となります。
この問題に取り組むために、最近、柔らかいロボットの足が提案されました。
ただし、一貫した実験による検証が欠けています。
したがって、この論文では、下肢義足ユーザーを対象に柔らかい義足と硬い義足をテストするために実現された実験設定について説明します。
木製の歩道とさまざまな形の障害物が含まれています。
この実験は、健常な被験者、改造されたウォーキング ブーツを履いて市販の義足を履いて歩く被験者、および義足ユーザーを使って予備検証されました。
彼らは、最初に平坦な地面で歩行し、次に平坦な地面で障害物の1つを踏みながら歩きました。
矢状面と前額面の両方における垂直地面反力と膝モーメントに関する結果は、障害物がある場合に一般的に使用される義足の性能の低下がどのように悪化するかを示しています。
実際、義足使用者は、義足と障害物との硬くて不安定な相互作用を補うために、健全な脚に大きく依存しています。
したがって、予想通り、障害物対処における非適応義足の限界が実験から明らかになったので、この研究は、平坦でない地面や障害物との交渉における柔らかい足の性能を調査するためのセットアップの使用を正当化します。

要約(オリジナル)

Small obstacles on the ground often lead to a fall when caught with commercial prosthetic feet. Despite some recently developed feet can actively control the ankle angle, for instance over slopes, their flat and rigid sole remains a cause of instability on uneven grounds. Soft robotic feet were recently proposed to tackle that issue; however, they lack consistent experimental validation. Therefore, this paper describes the experimental setup realized to test soft and rigid prosthetic feet with lower-limb prosthetic users. It includes a wooden walkway and differently shaped obstacles. It was preliminary validated with an able-bodied subject, the same subject walking on commercial prostheses through modified walking boots, and with a prosthetic user. They performed walking firstly on even ground, and secondly on even ground stepping on one of the obstacles. Results in terms of vertical ground reaction force and knee moments in both the sagittal and frontal planes show how the poor performance of commonly used prostheses is exacerbated in case of obstacles. The prosthetic user, indeed, noticeably relies on the sound leg to compensate for the stiff and unstable interaction of the prosthetic limb with the obstacle. Therefore, since the limitations of non-adaptive prosthetic feet in obstacle-dealing emerge from the experiments, as expected, this study justifies the use of the setup for investigating the performance of soft feet on uneven grounds and obstacle negotiation.

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