智能ARM团队在Cybathlon 2020 Global Edition中开发假肢来竞争

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辅助技术包括机器人，可穿戴设备和人工智能和运动控制的最新进展。上个月，来自20个国家的51支球队在Cybathlon 2020 Global Edition中竞争。比赛的第四年专注于包含和推进辅助技术，包括机动轮椅，外骨骼和智能手臂等假体。

因为新型冠状病毒肺炎大流行，团队在他们的家庭基地进行了示威活动，比赛播出了直播。走出球队，四分之一使用的产品从maxon．

在团队中是研究人员智能系统及机器人研究所(ISIR.在巴黎)。他们开发了智能手臂，一种用于经肱骨截肢者(肘部以上)的假肢。智能手臂的设计是几年研究的结果，因为假肢肘部的创造是一个真正的挑战。

满足特定残疾人的需求

截肢不像前臂或手部截肢那样常见，长期以来对手臂截肢的研究相对较少。它被称为肘部以上截肢，或全前臂发育不全，这是一种缺失自出生。尽管这种损伤主要是关于年轻人谁希望安装一个假肢在美国，目前合适的假肢很少。

来自ISIR的一支团队于2014年推出了一个项目。研究人员表示，在Agathe团队中纳入Agathe Team（Au Geste at ApplicationsThérapeuce），他们表示他们在上肢假肢中获得了有希望的结果。

“在2016年作为观众参加Cybathlon的第一版之后，我们希望建立一个团队来促进我们的愿景和我们的创新，”智能手臂项目的Isir研究官员和经理NathanaślJarrassé说。

Smart ArM是人与机器的结合

研究人员难以找到理想的候选人。该团队在Maxon，Cybathlon的合作伙伴和ISIR的发动机供应商之间讨论了一名试点。他们遇到了一位巴黎餐厅的前经理Christophe Huchet，这些餐厅现经现在教授小型和中型企业管理人员。出生于右前臂的刺激，他也是一个多冠军的手足运动游泳，以及能够拥有的竞争。

“这个项目让我回到了竞争力的运动和我在游泳职业中所知的相关动态，但这次在强势事业的服务中：帮助他人和推进技术和社会，”Huchet说。“It is also important for me to take part in this event, which wants to change the way people with braces look at people with braces, to show the extraordinary side of the ‘user-prosthesis’ couple and to promote this alliance of the body and technology which makes the disability beautiful in a way.”

为了参加Cybathlon, Smart ArM团队于2018年成立。它包括一名飞行员，一名管理人员，一个来自ISIR和ISM-Univ Aix-Marseille的11人技术团队，以及一名医疗的团队。这个项目汇集了非常不同的研究领域，从机械电子到计算机科学，包括神经科学和生理学，以正确地连接假肢与身体。

“我们参与Cybathlon的若干目标，包括促进ISIR的技术创新，在竞争激烈的情况下测试，”Jarrassé解释道。“我们还想引起普通公众对这些特定残疾的关注，同时传达机器人辅助技术的实际可能性和限制。智能手臂项目突出了人类在“人机”耦合中扮演的主要作用，[自从]我们经常倾向于相信成功是由于技术。“

Smart ArM团队克服了多种设计困难

智能手臂团队面临几个困难，让飞行员从地面上脱落。最大的是开发一种被称为“外骨骨骼”的假体肘关节，与Huchet的解剖学相容。

“与臂截肢的剩余肢体相反 - 通常由截肢作用缩短 - 他的臂是正常臂的长度，因此留下了留下了一个经典内骨骼肘部假体关节的空间，”Jarrassé说。

研究人员选择横向偏移驱动，以便以最佳的方式放置假体肘关节的轴。

但这远不是智能手臂假肢带来的唯一挑战。由于它的设计是为了参加Cybathlon，原型必须能够承受广泛和密集的使用在实验室之外。因此，有必要构建一个健壮的、完全嵌入式的设备。

高机动化约束

原型的电动化的选择是至关重要的，必须考虑几个参数。原型中的齿轮电机间歇性地使用，而是强烈地使用，带有低效率和高干摩擦的肘关节的蜗轮传动，使起动困难。

此外，开发人员必须在电源电压中的高波动，以及震动和振动，因为原型将由一直运行和行走的主题。

六个月的工作是开发智能手臂假肢的外骨骼肘关节。要操作它，团队选择使用一个maxon电动机．ISIR所依赖的maxon汽车在过去装备机器人原型。

“人的手肘在150°/s以上的速度下产生大约15N/m的扭矩，”Jarrassé说。“为了在小型关节和电池操作中重现这种特性，我们正在寻找一种高性能、小直径减速电机。这就是为什么我们转向了maxon的DCX-GPX电机变速箱系列。”

“马克森产品的优势是，他们提供了非常广泛的小直径驱动器和市场电机，具有完全确定的特性，这允许我们的设备在初步设计阶段的最佳尺寸，”Jarrassé说。他指出，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的专家工程师提供了技术支持。

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从Cybathlon学习

虽然它没有赢得最终奖项，但智能公共团队希望在Cybathlon 2020期间的诀窍示范将使开发能够进行商业产品。Jarrassé表示，他确信其基于身体运动的假肢控制的创新方法将说服制造商进入伙伴关系，使人们最多的人受益。

“尽管有许多挑战，但制定技术帮助残疾人的技术非常刺激和令人兴奋，”Jarrassé说。整个项目，智能手臂队致力于为想要配备设备的人开发有用，可接受和适当的工具。“

获胜者Cybathlon.2020全球版由苏黎世联邦理工学院主办，包括以下内容:

• 克鲁诺斯拉夫·米希克，团队制造手(克罗地亚)-动力假肢比赛
• Sander Koomen, Team PULSE Racing(荷兰)- Functional Electrical Stimulation Bike Race
• Florian Hauser，团队高铁增强(瑞士)-动力轮椅比赛
• Kim Byeong-Uk, Team Angel Robotics 1(韩国)- Powered Exoskeleton Race
• Francesco Bettella，Team Whi（意大利） - 大脑 - 计算机界面种族
• Andre Frei, Team Circleg(瑞士)-动力假肢比赛