Design and Development of a Lightweight Ankle Exoskeleton for Human Walking Augmentation

RESUMÉ La plupart des exosquelettes motorisés de la cheville ont une masse distale considérable, ce qui limite leur capacité à réduire l'énergie dépensée par l'utilisateur durant la marche. L'objectif de notre travail est de développer un exosquelette de chevilles avec le minimum de masse distale ajoutée comparé aux exosquelettes motorisés de chevilles existants. Aussi, l'exosquelette doit fournir au moins 50 Nm de support au couple de flexion plantaire. L'exosquelette développé dans le cadre de ce mémoire utilise deux câbles Bowden pour transmettre la force mécanique de l'unité d'actionnement attachée à la taille aux deux tiges en fibre de Carbonne attachées à la botte de l'utilisateur. Quand les deux tiges sont tirées, ils génèrent un couple qui supporte le mouvement de flexion plantaire à la fin de la phase d'appui du cycle de marche. Une pièce conçue sur mesure et imprimé en plastique par prototypage rapide a été attachée au tibia pour ajuster la direction des câbles. Une étude d'optimisation a été effectuée pour minimiser la masse des tiges limitant ainsi la masse distale de l'exosquelette (attaché au tibia et pied) à seulement 348 g. Le résultat principal obtenu à partir des tests de marche est la réduction de l'activité des muscles soléaire et gastrocnémien du sujet par une moyenne de 37% et 44% respectivement lors de la marche avec l'exosquelette comparée à la marche normale. Cette réduction s'est produite quand l'exosquelette a fourni une puissance mécanique de 19 ± 2 W avec un actionnement qui a commencé à 38% du cycle de marche. Ce résultat démontre le potentiel de notre exosquelette à réduire le cout métabolique de marche et souligne l'importance de réduire la masse distale d'un exosquelette de marche.