탄성 범퍼와 스프링은 볼 조인트 신발 어셈블리 내에서 정밀 제어 메커니즘으로 작용합니다. 이는 움직임을 완전히 제한하기보다는 움직임을 조절하도록 특별히 설계되었습니다. 주요 기술적 목적은 보행 또는 달리기 하중을 받을 때 조인트가 제어되지 않는 자유 회전을 경험하는 것을 방지하기 위해 비틀림 강성과 감쇠를 보정하는 것입니다.
수동 복원력을 도입함으로써 이러한 구성 요소는 기계적 구조와 생리적 기능 사이의 격차를 해소하여, 신발이 입각기 동안 생리적 안정성을 모방하고 유각기 동안 자동으로 재설정되도록 합니다.
제어 메커니즘
자유 회전 방지
표준 볼 조인트 어셈블리에서 운동 범위는 제대로 제어되지 않으면 혼란스러울 수 있습니다. 탄성 범퍼는 저항을 도입하여 이러한 자유를 제한합니다. 이를 통해 조인트가 느슨하게 회전하는 것을 방지하여 불안정성과 착용자에 대한 지지력 부족을 초래할 수 있습니다.
비틀림 강성 제공
이러한 구성 요소는 엔지니어가 신발의 동작을 "튜닝"할 수 있도록 합니다. 특정 탄성 특성을 가진 스프링이나 범퍼를 선택함으로써 디자이너는 조인트를 비틀거나 기울이는 데 필요한 힘을 정확하게 결정할 수 있습니다. 이를 통해 하중을 붕괴 없이 흡수하는 예측 가능하고 안정적인 플랫폼을 만들 수 있습니다.
보행 주기 최적화
유각기: 자동 재설정
이러한 스프링의 유용성은 발이 지면에서 떨어질 때 중요해집니다. 이 유각기 동안 탄성 요소는 수동 복원력을 발휘합니다. 이 힘은 신발 구조를 중립적이고 중앙 위치로 다시 당겨 다음 충격에 대비합니다.
입각기: 유연한 균형
발이 지면에 있을 때 시스템은 안정성에 중점을 둡니다. 어셈블리는 인간 발의 자연스러운 생리적 미세 움직임을 모방하는 유연한 균형을 허용합니다. 이러한 동적 지지는 착용자가 단단한 석고에 발을 고정하지 않고도 고르지 않은 지형에서 균형을 유지하는 데 도움이 됩니다.
절충점 이해
기계적 복잡성 대 무게
생체 역학에는 유익하지만 기계식 스프링을 도입하면 신발에 물리적 질량이 추가됩니다. 엔지니어는 동적 안정성의 이점을 추가 무게로 인한 불이익과 신중하게 균형을 맞춰야 하며, 이는 장거리에서 피로를 증가시킬 수 있습니다.
재료 피로 및 일관성
탄성 구성 요소는 수백만 번의 압축 및 신장 주기에 노출됩니다. 시간이 지남에 따라 재료는 피로를 겪어 강성이 저하될 수 있습니다. 이는 신발의 감쇠 특성이 제품 수명이 다함에 따라 지원 프로파일을 효과적으로 변경할 수 있음을 의미합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
이 어셈블리가 엔지니어링 요구 사항과 일치하는지 확인하려면 특정 성능 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 자연스러운 생체 역학인 경우: 발의 자연스러운 힘줄 반응에 맞춰 복원력을 제공하는 스프링을 우선시하여 "투명한" 느낌을 줍니다.
- 주요 초점이 안전 및 안정성인 경우: 더 높은 감쇠를 제공하는 더 단단한 범퍼를 사용하여 고충격 활동 중 관절 과회전 위험을 줄입니다.
이러한 탄성 요소를 효과적으로 통합하면 정적 기계 조인트를 반응성이 뛰어난 생체 모방 시스템으로 변환할 수 있습니다.
요약표:
| 기술적 특징 | 주요 기능 | 생체 역학적 이점 |
|---|---|---|
| 탄성 범퍼 | 움직임 조절 | 제어되지 않는 자유 회전 및 불안정성 방지 |
| 기계식 스프링 | 비틀림 강성 | 예측 가능한 플랫폼을 위한 보정된 저항 제공 |
| 복원력 | 자동 재설정 | 다음 충격을 위해 유각기 동안 신발 중앙 정렬 |
| 감쇠 시스템 | 유연한 균형 | 고르지 않은 지형에서 생리적 미세 움직임 모방 |
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참고문헌
- Johnnidel Tabucol, Andrea Zucchelli. The Functionality Verification through Pilot Human Subject Testing of MyFlex-δ: An ESR Foot Prosthesis with Spherical Ankle Joint. DOI: 10.3390/app12094575
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