RoboANKLE：设计、开发与功能评估——一种电动柔性单元的机器人踝关节
机器人学
2025-10-17 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
本研究提出一种具备完整推力辅助功能的电动下肢义肢，RoboANKLE。该设计旨在满足特定要求，如保持充足的活动范围 (RoM)，同时为日常活动实现自然踝关节运动提供必要扭矩。针对主动下肢义肢设计中的挑战（如维持能源自主性和最小化重量）至关重要。本研究旨在通过提供广泛的推力辅助来模拟人类踝关节，实现类似自然的扭矩轮廓。因此，采用能源储存与延长释放机制 (ESER)，并引入新型额外能源储存 (EES) 机制。开展运动学和动力学分析，以确定设计参数并评估设计性能。随后构建计算机辅助设计 (CAD) 模型，用于综合动态和结构分析。这些分析用于评估设计性能，确定作用于义肢的力和扭矩，以优化设计实现最小重量。最终定型的原型经实验评估验证了设计和功能。原型质量为 1.92 kg，尺寸为 261×107×420 mm。功能评估表明，RoboANKLE 能以 95% 的准确度实现自然最大内翻角。得益于所实施机制，结果显示 RoboANKLE 能产生比自然步幅所需扭矩高出 57%。踝关节功率生成容量在步幅循环中比自然功率高出 10%。
引用
@article{arxiv.2510.14414,
title = {RoboANKLE: Design, Development, and Functional Evaluation of a Robotic Ankle with a Motorized Compliant Unit},
author = {Baris Baysal and Omid Arfaie and Ramazan Unal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.14414},
year = {2025}
}