Design and Testing of an Emg-Controlled Semi-Active Knee Prosthesis

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/s25247505
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Affordable, sensor-driven lower-limb prostheses remain scarce in middle-income health systems. We report the design, numerical justification, and bench validation of a semi-active transfemoral prosthesis featuring surface electromyography (EMG) control and inertial sensing for low-resource deployment. The mechanical architecture combines a titanium-aluminum-carbon composite frame (total mass 0.87 kg; parts cost < USD 400) with topology optimization (SIMP) to minimize weight while preserving stiffness. Finite-element analyses (critical load 2.94 kN) confirmed structural safety (yield safety factor ≥ 1.6) and favorable fatigue margins. A dual-channel sensing scheme-surface EMG from the rectus femoris and an IMU-drives a five-state gait finite state machine implemented on a low-power STM32H platform. The end-to-end EMG→PWM latency remained <200 ms (mean 185 ms). Bench tests reproduced commanded flexion within ±2.2%, with average electrical power of ~4.6 W and battery autonomy of ~5.7 h using a 1650 mAh Li-Po pack. Results demonstrate a pragmatic trade-off between functionality and cost: semi-active damping with EMG-triggered control and open, modular hardware suitable for small-lab fabrication. Meeting target metrics (mass ≤ 1 kg, latency ≤ 200 ms, autonomy ≥ 6 h, cost ≤ USD 500), the prototype indicates a viable pathway to broaden access to intelligent prostheses and provides a platform for future upgrades (e.g., neural network control and higher-efficiency actuators).