Variable Torsionssteifigkeit in Unterschenkelprothesen zur aktiven Unterstützung in dynamischen Gangsituationen

Für Beinprothesenträger stellen dynamischen Gangsituationen meist eine hohe Belastung des Beinstumpfes dar, welches zu verringertem Gangkomfort und Mobilität führt. In dieser Arbeit wird untersucht, inwiefern eine Torsionssteifigkeit im Unterschenkel und eine transversale Fußwinkelstellung Einfluss auf den Gang von Beinamputierten hat. Im Fokus stehen besonders Richtungs- und Geschwindigkeitswechsel während des Gehens. Mit Hilfe eines in die Beinprothese integrierten Messsystems werden die Belastung und Bewegung von zwei unterschenkelamputierten Menschen in 6-Achsen erfasst und analysiert. Durch Korrelation der Datenanalyse mit Probandenrückmeldungen wird eine Einstellmatrix für die beiden untersuchten Freiheitsgrade geschaffen, welche eine Steigerung des Komforts und Bewegungsunterstützung ermöglichen. Es erfolgt eine Entwicklung und Realisierung eines Prototypen zur Integration in Beinprothesen, welcher eine variable Torsionssteifigkeit und Fußwinkeländerung ermöglicht. Das auf einem parallel-elastischen Antrieb basierenden System wird mittels einem neuartigen Testzyklus auf einem Prüfstand mechanisch sowie auf Regelungsaspekte hin untersucht. Zur situationsgerechten Regelung des Systems wird ein Algorithmus entwickelt, welcher in Echtzeit die Gangphasen, -richtung und -geschwindigkeit mittels nur zwei Winkelgeschwindigkeiten detektiert. Ein abschließender Funktionstest durch 3 unterschenkelamputierte und 2 oberschenkelamputierten Menschen zeigt, dass die realisierten Funktionen des Systems beinamputierte Menschen eine neuartige Unterstützung bietet. Mittels einer an die Gangsituation angepasste transversale Torsionssteifigkeit und transversale Fußstellung kann somit der Komfort gesteigert sowie die durchgeführte Bewegung des Nutzers unterstützt werden.