Smart ArM团队开发假肢以参加cybathlon 2020全球版比赛

机器人技术、可穿戴设备以及人工智能和运动控制方面都属于辅助技术。上个月，来自20个国家的51个团队参加了Cybathlon 2020全球版比赛。这次包括辅助技术，包括电动轮椅、外骨骼和诸如Smart ArM之类的假肢。

由于疫情比赛比赛现场同时进行了实时直播。Smart ArM是一种用于经肱骨截肢者（肘部以上）的假体。Smart ArM的设计是多年研究的结果，因为假肢肘部的创建提出了真正的挑战。

满足特定残疾人的需求

手臂截肢术比前臂或手截肢术少见，但长期以来却相对未被研究。这被称为肘上截肢术，或前臂全无性，这是自出生以来就没有的。尽管这种损伤主要涉及希望安装假体的年轻人，但目前几乎没有合适的假体。

ISIR的一个小组于2014年启动了一个项目。研究人员表示，他们在AGATHE小组（Assistance au Geste et Applicationsthérapeutiques）内归为一组，他们在上肢假体方面取得了可喜的成果。

“在参加了2016年第一届Cybathlon比赛之后，我们希望成立一个团队来促进我们的愿景和创新，” ISIR研究官兼Smart ArM项目经理NathanaëlJarrassé说。

Smart ArM假体

Smart ArM假体专为经肱截肢者（肘部以上）设计。资料来源：maxon

Smart ArM加入Cybathlon

研究人员很难找到理想的人选。在与maxon的合作者，赛百隆的合作伙伴以及ISIR的发动机供应商进行讨论之后，该小组找到了一名飞行员。他们遇到了巴黎饭店的前经理克里斯托弗·休谢（Christophe Huchet），他现在为中小型企业经理提供指导，还是手运动游泳以及身体健壮比赛的多项冠军。

休切特说：“这个项目使我重新回到了游泳生涯中广为人知的竞技运动和相关的动力之中，但这一次是为一个强大的事业服务：帮助他人并促进技术和社会的发展。” “对我来说，参加这一活动也很重要，该活动希望改变戴着牙套的人看待戴着牙套的人的方式，以展示“使用者假肢”夫妇的非凡一面，并促进这种身体联盟和使残障人士在某种程度上变得美丽的技术。”

为了参加Cybathlon，于2018年创建了Smart ArM团队。该团队包括一名飞行员，一名经理，一个由ISIR和ISM-Univ Aix-Marseille组成的11人技术团队以及一个医疗团队。该项目汇集了从机电一体化到计算机科学（包括神经科学和生理学）在内的非常不同的研究领域，以使假体与身体正确地对接。

Jarrassé解释说：“我们参加Cybathlon的目标是推动多个目标，包括促进ISIR的技术创新，并在激烈的竞争环境下进行测试。” “我们还希望在传达机器人辅助技术的真正可能性和局限性的同时，吸引公众对这些特殊障碍的关注。Smart ArM项目强调了人类在“人机”耦合中扮演的主要角色，[因为]我们经常倾向于认为成功仅是由于技术。

Smart ArM团队克服了多个设计难题

Smart ArM团队在将飞行员推向地面时遇到了许多困难。最大的一个是开发一种假肢肘关节，称为“外骨骼”，与赫切特的解剖结构兼容。

Jarrassé说：“与截肢者通常通过截肢术缩短的残肢相反，他的手臂是正常手臂的长度，因此几乎没有空间安装经典的骨骼内肘关节假体，”贾拉斯塞说。

研究人员选择横向偏移驱动力，以便以最佳方式放置假肢肘关节的轴。

但这远非Smart ArM假体所构成的唯一挑战。由于它是为参加Cybathlon设计的，因此原型必须能够承受实验室外的广泛使用。因此，有必要构建坚固且完全嵌入式的设备。

原型机动化的选择至关重要，必须考虑几个参数。原型中的齿轮马达间歇性但强烈地使用，蜗轮传动装置用于肘关节，效率低且干摩擦高，难以启动。

另外，开发人员必须考虑到电源电压的高波动以及冲击和振动，因为原型将一直由跑步和行走的对象携带。

开发Smart ArM假体的骨骼外肘关节需要六个月的工作。为了操作它，团队选择使用maxon 电动机。ISIR过去依靠maxon电机来装备机器人原型。

Jarrassé说：“人的肘部以超过150°/ s的速度产生大约15N / m的扭矩。” “为了通过较小的接头和电池操作来再现这种特性，我们一直在寻找一种性能极高的小直径齿轮电动机。这就是为什么我们转向maxon的DCX-GPX电机变速箱范围的原因。”

Jarrassé说：“ maxon产品的优势在于，它们提供了种类繁多的具有完美识别特性的小直径执行器和市场电机，这使我们的设备在初步设计阶段就可以实现最佳尺寸。” 他指出，Sorbonne的研究团队特别赞赏能够在线构建和定制执行器的功能，maxon的专家工程师提供了技术支持。