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智能手臂:挑战人体极限gydF4y2Ba

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鉴于2020年Cybathlon是一项为使用仿生辅助技术的残疾运动员举办的独特国际比赛，来自巴黎智能系统和机器人研究所(ISIR)的法国研究人员团队开发了“智能手臂”。半岛app官网为经肱骨截肢者(即肘部以上)设计的假肢。经过几年的研究，这个假肢的设计是一个真正的挑战，因为它涉及到制造一个假肢肘部。本文回顾了这一技术壮举和人类冒险。gydF4y2Ba

由于2019冠状病毒病大流行，2020年Cybathlon将于2020年11月13日至14日在全球范围内以新的形式在球队的主场举行。他们将为比赛搭建基础设施，并拍摄比赛。在苏黎世，比赛将通过一个新的平台进行独特的现场直播。gydF4y2Ba

一个雄心勃勃的项目，以满足特定残疾的合适需求gydF4y2Ba

与前臂或手部截肢相比，手臂截肢的发病率较低，长期以来在研究中相对缺乏研究。它被称为肘部以上截肢，或全前臂发育不全，这是出生后的缺失。尽管这种损伤主要涉及希望安装义肢的年轻人，但目前很少或没有合适的义肢解决方案。面对这一观察结果，来自智能系统与机器人研究所(ISIR)的一组研究人员于2014年启动了一项研究项目。半岛app官网这些研究人员属于AGATHE团队(辅助运动与应用)，他们在上肢假肢方面取得了令人鼓舞的成果。“在2016年作为观众参加了第一届Cybathlon之后，我们想成立一个团队来推广我们的愿景和创新，”Nathanaël jarrass解释说，他是ISIR的研究官员和智能手臂项目的经理，他对优化人体充满热情。gydF4y2Ba

人机耦合gydF4y2Ba

现在他们必须找一个飞行员。在几次失败的搜索之后，在maxon的合作者、Cybathlon的合作伙伴和ISIR的发动机供应商之间的讨论之后，才找到了理想的候选者。申请人是Christophe Huchet，他曾是巴黎餐馆的经理，现在是中小企业经理的教练。他出生时右前臂发育不全，但他的游泳生涯也令人印象深刻，他曾多次获得手操游泳冠军，也曾在健全人的竞技场上获得过冠军。“这个项目让我回到了竞技体育和我在游泳生涯中所熟知的相关动力中，但这一次是为一个强大的事业服务:帮助他人，推动技术和社会的发展。对我来说，参加这个活动也很重要，它希望改变戴牙套的人对戴牙套的人的看法，展示“用户-假肢”夫妇非凡的一面，并促进身体和技术的结合，让残疾人在某种程度上变得“美丽”。Christophe Huchet解释道。gydF4y2Ba

为了参加Cybathlon, Smart ArM团队于2018年成立。它由一名飞行员、一名管理人员、来自ISIR和aix - univ marseille的11人的技术团队以及一个医疗团队组成。这样一个项目汇集了非常不同的研究领域，从机电一体化到计算机科学，包括神经科学和生理学，以便将假肢与身体适当地连接起来。gydF4y2Ba

“我们参加Cybathlon的动机是几个目标，包括促进ISIR的技术创新，在激烈的竞争环境中进行测试。我们还希望引起公众对这些特殊残疾的关注，同时传达机器人辅助技术的真正可能性和局限性，”Nathanaël jarrass解释道。智能手臂项目强调了人类在“人机”耦合中发挥的主要作用，我们往往倾向于认为成功仅仅是由于技术。gydF4y2Ba

多重设计困难gydF4y2Ba

Smart ArM团队在让飞行员离开地面时遇到了几个困难。其中最大的一项是开发一种被称为“外骨骼”的肘关节假肢，与Christophe Huchet的解剖结构相匹配。Nathanaël jarrass解释说:“与截肢者的残肢(通常因截肢行为而缩短)相反，他的手臂与正常手臂一样长，因此留给安装经典骨内肘关节假肢的空间很小。”研究人员选择横向偏移驱动，以便以最佳方式放置假体肘关节的轴线。gydF4y2Ba

但这远不是智能手臂假肢面临的唯一挑战，因为它是为了参加Cybathlon而设计的，原型必须能够承受实验室以外的广泛和激烈的使用。因此，有必要设计一个健壮且完全嵌入式的设备。gydF4y2Ba

高度机动化限制gydF4y2Ba

选择原型车的动力装置是至关重要的，需要考虑几个参数。样机上使用的减速电机面临着非常强烈的间歇性使用，弯头关节采用蜗轮传动，效率低，干摩擦大，起动困难。此外，需要考虑的因素是电源电压的高波动，以及相当大的冲击和振动，因为原型将由一个一直在跑步和走路的受试者携带。gydF4y2Ba

需要6个月的工作来发展SAM假体的外骨骼肘关节。为了操作它，研究小组选择了一台maxon马达。“当速度超过150°/s时，人类肘部产生约15N/m的扭矩。为了用小关节和电池操作再现这些特性，我们正在寻找一种非常高性能的小直径减速电机。这就是为什么我们转向maxon的DCX-GPX电机变速箱系列，”Nathanaël jarrass解释道。在ISIR中，在各种研究项目的背景下，maxon电机被用于装备机器人原型并不罕见。Smart ArM项目经理补充说:“maxon产品的优势在于，它们提供了非常广泛的小直径执行器和具有完美识别特性的市场电机，这使得我们的设备在初步设计阶段就能实现最佳尺寸。”索邦大学的研究团队特别欣赏在线构建和定制执行器的能力。Maxon还利用其工程师的专业知识提供技术支持。gydF4y2Ba

Smart ArM团队希望在Cybathlon 2020期间展示其专有技术，将开发的创新技术转化为商业产品。该公司相信，其基于身体运动的创新假肢控制方法将说服制造商建立合作伙伴关系，使尽可能多的人从这项创新中受益。Nathanaël jarrass说:“尽管面临许多挑战，但开发技术来帮助残疾人是非常令人兴奋和兴奋的。”在整个项目中，Smart ArM团队致力于为那些想要安装设备的人开发一种有用、可接受和合适的工具。maxon为自己参与其中而感到自豪。gydF4y2Ba

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