Abstract Powered ankle-foot orthosis (PAFO) is a field of wearable robotics that improves the lives of people of old age or with physical impairments by aiding in the wearer's ankle joint movements. Most of the PAFOs developed thus far offer only one degree-of-freedom (dof), which uses the talocrural joint alone as the axis of rotation, where the emphasis is on moving forward. However, because this type of wearable robotics has evolved, developing PAFOs for functional rehabilitation has become necessary. This enhances the quality of walking rather than providing simple rehabilitation. The subtalar joint is responsible for the rotation of the inversion and eversion of the ankle, enabling balanced walking in humans, and is an important part of balance training for elderly people or stroke patient rehabilitation. Therefore, we developed a 2-dof PAFO that uses a calculated spatial formula of the subtalar joint based on anatomical data. In recognition of the fact that the pneumatic artificial muscle (PAM) can be used within the contracting range alone because of the instinct of the PAM, we analyzed the workspace of the fabricated PAFO through kinematic analysis and verified the possibility of using the PAFO during the gait cycle. Experiments were also conducted on the closed-loop force frequency response using a sliding mode control of the solenoid valve to validate the control characteristics. Lastly, clinical experiments with healthy subjects were conducted for validation in wearing conditions.

中文翻译：

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带有两个气动人工肌肉的二自由度动力踝足矫形器的设计和验证

摘要 动力踝足矫形器 (PAFO) 是可穿戴机器人的一个领域，它通过帮助佩戴者的踝关节运动来改善老年人或身体残疾者的生活。迄今为止开发的大多数 PAFO 仅提供一个自由度 (dof)，它仅使用距脚关节作为旋转轴，重点是向前移动。然而，由于这种类型的可穿戴机器人已经发展，开发用于功能康复的 PAFO 已成为必要。这提高了步行的质量，而不是提供简单的康复。距下关节负责踝关节的内翻和外翻的旋转，使人类能够平衡行走，是老年人平衡训练或中风患者康复的重要组成部分。所以，我们开发了一种 2-dof PAFO，它使用基于解剖数据计算出的距下关节空间公式。认识到气动人工肌肉（PAM）由于PAM的本能而可以在收缩范围内单独使用的事实，我们通过运动学分析分析了制造的PAFO的工作空间，并验证了在收缩过程中使用PAFO的可能性步态周期。还使用电磁阀的滑模控制对闭环力频率响应进行了实验，以验证控制特性。最后，对健康受试者进行了临床实验，以在佩戴条件下进行验证。认识到气动人工肌肉（PAM）由于PAM的本能而可以在收缩范围内单独使用的事实，我们通过运动学分析分析了制造的PAFO的工作空间，并验证了在收缩过程中使用PAFO的可能性步态周期。还使用电磁阀的滑模控制对闭环力频率响应进行了实验，以验证控制特性。最后，对健康受试者进行了临床实验，以在佩戴条件下进行验证。认识到气动人工肌肉（PAM）由于PAM的本能而可以在收缩范围内单独使用的事实，我们通过运动学分析分析了制造的PAFO的工作空间，并验证了在收缩过程中使用PAFO的可能性步态周期。还使用电磁阀的滑模控制对闭环力频率响应进行了实验，以验证控制特性。最后，对健康受试者进行了临床实验，以在佩戴条件下进行验证。还使用电磁阀的滑模控制对闭环力频率响应进行了实验，以验证控制特性。最后，对健康受试者进行了临床实验，以在佩戴条件下进行验证。还使用电磁阀的滑模控制对闭环力频率响应进行了实验，以验证控制特性。最后，对健康受试者进行了临床实验，以在佩戴条件下进行验证。