การออกแบบกลไกข้อเข่าสำหรับขาเทียม

Abstract

กลไกข้อเข่าที่อยู่ในขาเทียมนั้นเป็นส่วนที่มีบทบาทสำคัญในการเดินด้วยขาเทียมของผู้พิการขาขาดเหนือเข่าเป็นอย่างมาก เพราะกลไกข้อเข่าต้องทำงานอย่างสอดคล้องกับลักษณะการเหวี่ยงตอขา เพื่อให้ผู้ใช้มีลักษณะการเดินที่ใกล้เคียงกับการเดินตามธรรมชาติมากที่สุด ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นในการออกแบบกลไกข้อเข่าเทียม ที่มีลักษณะการเคลื่อนที่คล้ายเข่าจริงโดยใช้กลไกแบบหลายแกนหมุน มีเสถียรภาพของการเดินครบทุกตำแหน่งของวงจรการเดิน กลไกมีชิ้นส่วนน้อยสามารถสร้างและประกอบกลไกได้ง่าย และสุดท้ายมีอายุการใช้งานที่ยาวนานวัดจากการทดสอบตามมาตรฐานสากล ISO 10328:2006 เริ่มต้นการออกแบบด้วยการหาข้อมูลเส้นทางการเคลื่อนที่ของเข่าในการเดินตามธรรมชาติ เพื่อกำหนดลักษณะการเคลื่อนที่ของกลไก จากนั้นนำข้อมูลที่ได้ไปสังเคราะห์กลไกจึงได้มาซึ่งแผนผังจลน์ศาสตร์ ที่มีการเคลื่อนที่ตามเส้นทางการเคลื่อนที่ที่หามาได้ จากนั้นจึงออกแบบกลไกให้มีชิ้นส่วนน้อย และสามารถสร้างและประกอบกันได้ง่ายด้วยการรวมชิ้นส่วนบางชิ้นของกลไก รวมถึงออกแบบให้สามารถใช้งานได้ในสภาพการใช้งานจริงของการเดินด้วยขาเทียม โดยตรวจสอบผลด้วยการเดินจากอาสาสมัคร ซึ่งอาสาสมัครที่ทดสอบนั้นมีลักษณะท่าทางการเดินที่เป็นธรรมชาติ มีการวิเคราะห์เบื้องต้นเกี่ยวกับความแข็งแรงของกลไก และความทนทานต่อความเสียหายเนื่องจากความล้าด้วยโปรแกรม FEM เพื่อปรับค่าขนาดมิติของแบบกลไก และเมื่อนำกลไกข้อเข่าเทียมที่ได้นี้ไปทดสอบความแข็งแรงตามการทดสอบมาตรฐาน ISO 10328:2006 แนวแรงที่กระทำต่อกลไกจะเลียนแบบท่าในการเดินสองท่าที่มีแรงกระทำต่อกลไกข้อเข่ามากที่สุดคือ จังหวะส้นเท้าแตะพื้นและปลายเท้าจากพื้น ทั้งสองจังหวะใส่ภาระแรงซ้ำและภาระแรงสถิต ผลทดสอบแสดงให้เห็นว่ากลไกข้อเข่าเทียมที่ออกแบบสามารถผ่านการทดสอบมาตรฐานนี้ได้ ดังนั้นจึงได้มาซึ่งกลไกข้อเข่าที่สามารถให้ลักษณะการเดินที่เป็นธรรมชาติ มีจำนวนชิ้นส่วนของกลไกน้อยชิ้นเพื่อสะดวกในการผลิตและประกอบ และมีความคงทนแข็งแรงเหมาะสมต่อการส่งไปประกอบเป็นขาเทียมให้ผู้ใช้นำไปใช้งานจริงได้ต่อไป