[論文レビュー] Design and Approach of Team IHMC in the 2016 Cybathlon.

Robert J. Griffin, Tyson C. Cobb+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2017

Prosthetics and Rehabilitation Robotics参考文献 12被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、麻痺患者の移動性を向上させるために設計された、足関節での能動的背屈・底屈を備えた新規なパワード外骨格Mina v2を提示する。歩行戦略にパワード足関節駆動を統合することで、チームは一貫した歩行速度0.29 m/sを達成し、2016年Cybathlonパワード外骨格コンテストで総合2位を獲得した。

ABSTRACT

Exoskeletons are a promising technology for enabling individuals with mobility limitations to walk again. As the 2016 Cybathlon illustrated, however, we have a considerable way to go before exoskeletons have the necessary capabilities to be incorporated into daily life. Most exoskeletons, power only the hip and knee flexion, whereas we present a new exoskeleton, Mina v2, that includes a powered dorsi/plantar flexion. As our entry to the 2016 Cybathlon Powered Exoskeleton Competition, Mina v2's powered ankle allowed us to explore its effectiveness on powered exoskeletons for pilots with paraplegia. We designed our gaits around the incorporation of powered ankle plantar flexion to help improve mobility. Using this approach, our pilot was able to navigate the tasks quickly, especially those that required ascending, and reliably achieve average, conservative walking speeds of 0.29 m/s. This enabled our team to place 2nd overall in the Powered Exoskeleton Competition in the 2016 Cybathlon.

研究の動機と目的

• 既存の外骨格が通常、股関節および膝関節の屈曲のみを補助するという機能的制限を是正すること。
• 足関節での能動的背屈・底屈駆動を追加することで、外骨格のパフォーマンスに与える影響を調査すること。
• パワード足関節駆動を効果的に活用する歩行戦略を開発し、麻痺ユーザーの移動性を向上させること。
• Cybathlonのような実際の競技会環境において、複雑な移動課題における歩行速度と信頼性の向上を図ること。

提案手法

• 足関節での背屈および底屈の両方の能動的駆動を備えた下肢外骨格Mina v2の設計および実装。
• 推進力と安定性の向上を目的とした、パワード足関節運動を活用するように特別に調整された歩行パターンの開発。
• 麻痺パイロットと外骨格を統合し、実世界のタスクシナリオでのパフォーマンスをテストすること。
• 2016年Cybathlonパワード外骨格コンテストにおいて外骨格を実行し、リアルタイムでのパフォーマンスを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パワード足関節底屈駆動の追加が、移動タスクにおける外骨格パフォーマンスにどのように影響するか？
• RQ2 パワード足関節駆動を組み込んだ歩行戦略は、麻痺ユーザーの歩行速度と安定性を向上させることができるか？
• RQ3 パワード足関節支援は、上り坂や複雑な地形の走破において、どの程度パフォーマンスを向上させるか？
• RQ4 足関節駆動を備えたパワード外骨格は、実際の競技会であるCybathlonで競争可能なパフォーマンスを達成できるか？

主な発見

• Mina v2にパワード背屈・底屈駆動を追加したことで、股関節および膝関節駆動のみの外骨格と比較して、移動性パフォーマンスが顕著に向上した。
• チームは平均歩行速度0.29 m/sを達成したが、これはタスク全体にわたり保守的かつ信頼性の高い速度とされた。
• 上り坂タスクでは、パワード足関節関節が測定可能な利点を提供し、走破時間の短縮に寄与した。
• 外骨格はパイロットがすべてのコンテストタスクを成功裏に完了させることを可能にした結果、2016年Cybathlonパワード外骨格コンテストで2位となった。