[论文解读] 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 3

一句话总结

本文介绍了Mina v2，一种新型动力外骨骼，具备踝关节主动背屈/跖屈功能，旨在提升截瘫飞行员的行动能力。通过将动力踝关节驱动整合到行走策略中，团队实现了0.29 m/s的稳定行走速度，从而在2016年Cybathlon动力外骨骼竞赛中获得总评第二名。

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.

研究动机与目标

• 为解决现有外骨骼功能有限的问题，这些外骨骼通常仅提供髋关节和膝关节屈曲的动力化。
• 研究在踝关节处增加主动背屈/跖屈功能对提升外骨骼性能的影响。
• 开发能够有效利用踝关节动力化提升截瘫用户行动能力的行走策略。
• 在类似Cybathlon的竞赛环境中，提升复杂移动任务中的行走速度与可靠性。

提出的方法

• 设计并实现Mina v2，一种下肢外骨骼，其踝关节具备背屈和跖屈的主动驱动功能。
• 开发专门针对利用踝关节动力化提升推进力与稳定性的行走模式。
• 将外骨骼与截瘫飞行员进行集成，以在真实任务场景中测试性能表现。
• 在外骨骼参与2016年Cybathlon动力外骨骼竞赛中，评估其在实际运行中的表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在移动任务中，增加踝关节主动跖屈功能如何影响外骨骼的性能？
• RQ2 结合踝关节主动驱动的行走策略能否提升截瘫用户的行走速度与稳定性？
• RQ3 踝关节主动辅助在爬升任务及复杂地形通行中能带来多大程度的性能提升？
• RQ4 具备踝关节驱动功能的动力外骨骼是否能在类似Cybathlon的真实竞赛中实现具有竞争力的表现？

主要发现

• 与仅具备髋关节和膝关节驱动的外骨骼相比，Mina v2中增加的主动背屈/跖屈功能显著提升了移动性能。
• 团队实现了0.29 m/s的平均行走速度，该速度被描述为在各项任务中均表现保守且可靠。
• 在爬升任务中，主动踝关节提供了可量化的益处，有助于缩短通行时间。
• 该外骨骼使飞行员成功完成了所有竞赛任务，最终在2016年Cybathlon动力外骨骼竞赛中获得第二名。