半刚性鞋垫是康复鲍登线缆驱动外骨骼的基本机械基础。它们主要充当足部侧锚点，将线缆的原始张力转化为受控的踝关节运动。通过利用特定的硬度，这些鞋垫可确保外骨骼产生的力有效地施加到足部，以矫正步态异常，同时不影响患者的稳定性。
半刚性鞋垫的核心功能是充当传输介质；它将线缆的拉力转化为有效的地面反作用力，从而能够精确矫正足下垂和内翻，同时保护足部免受过度压力。
力传输的力学原理
充当关键锚点
为了使鲍登线缆系统正常工作，线缆必须有一个牢固的固定点。半刚性鞋垫提供了这个锚点，使线缆能够施加显著的拉力，而不会打滑或导致鞋子结构变形。
如果没有这种特定的刚性，线缆的张力会因材料拉伸而损失，而不是移动关节。
实现双向运动
这些鞋垫支持两个不同方向的力传输：背屈（抬起足部）和跖屈（向下压足部）。
由于鞋垫贯穿整个足部并保持其形状，外骨骼可以在步态周期的两个阶段精确地操控踝关节的角度。
转换辅助力
外骨骼的最终目标是产生地面反作用力 (GRF) 来推动或稳定患者。
鞋垫可确保电机提供的辅助力通过足部结构成功传递到地面，而不是被柔软的缓冲鞋垫所消散。
矫正偏瘫步态模式
处理足下垂
偏瘫患者经常遭受足下垂，导致足部前部拖地。鞋垫的硬度可确保当线缆向上拉时，整个前足均匀抬起。
较软的鞋垫只会向上卷曲脚尖，无法抬起足部的实际重量。
矫正足内翻
除了简单的抬起，这些鞋垫还有助于矫正足内翻（足部向内翻转）。
通过提供稳定、半刚性的平台，系统可以施加扭矩来正确对齐踝关节，防止导致翻转的侧向不稳定性。
理解权衡
刚度与舒适度的平衡
系统的有效性取决于材料的特定硬度。
如果鞋垫过于僵硬，佩戴者会感到不适，可能导致压力点或限制自然的感官反馈。
效率与能量损失
如果鞋垫过于柔韧，系统效率就会降低。线缆拉动，但能量会浪费在弯曲橡胶鞋垫上，而不是移动踝关节。
"半刚性"的定义代表了经过计算的折衷：足够坚硬以传递力，但又足够灵活，可以长时间穿着。
优化患者疗效
在为偏瘫患者选择或设计接口时，目标是在保持顺应性的同时最大化力传递。
- 如果您的主要重点是步态矫正：优先考虑鞋垫较高的硬度，以确保施加最大的扭矩来矫正严重的足下垂或内翻。
- 如果您的主要重点是长时间使用：选择具有稍多顺应性的鞋垫，以减少疲劳和压力点，同时接受力传输效率略有降低。
成功在于确保鞋垫成为机器人动力与患者解剖结构之间的无缝桥梁。
总结表：
| 特征 | 力传输中的作用 | 对偏瘫患者的好处 |
|---|---|---|
| 锚点 | 提供牢固的线缆固定 | 确保力移动关节，而不是鞋子 |
| 材料硬度 | 最小化能量耗散 | 有效抬起前足以固定足下垂 |
| 稳定平台 | 实现精确的扭矩施加 | 矫正足内翻并提高稳定性 |
| 半刚性设计 | 平衡效率和顺应性 | 提高长时间治疗的可穿戴性 |
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参考文献
- Lizeth H. Sloot, Conor J. Walsh. Effects of a soft robotic exosuit on the quality and speed of overground walking depends on walking ability after stroke. DOI: 10.1186/s12984-023-01231-7
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