L'objectif principal des cordes synthétiques légères dans un exosquelette de cheville est de permettre une transmission efficace du couple à travers l'articulation de la cheville tout en réduisant considérablement la masse de l'appareil. En connectant la section du talon au système de câbles Bowden, ces cordes utilisent le principe du levier pour convertir la traction mécanique en soutien sans le fardeau de liaisons rigides et lourdes.
En équilibrant une résistance à la traction élevée avec une faible masse, les cordes synthétiques résolvent le défi d'ingénierie critique consistant à fournir un support structurel durable qui n'alourdit pas l'utilisateur pendant le mouvement.
Mécanique de la transmission du couple
Le principe du levier
Les cordes sont stratégiquement installées au talon pour créer un avantage mécanique. En tirant sur le talon, le système utilise le principe du levier pour transmettre efficacement le couple à travers le centre de la cheville. Cela convertit la force linéaire en mouvement rotatif nécessaire pour assister la marche.
Intégration avec les câbles Bowden
Ces cordes fonctionnent comme la connexion terminale du système de câbles Bowden. Elles traduisent la force générée par l'actionneur et acheminée par les câbles en une action directe au talon, assurant un transfert d'énergie transparent.
Pourquoi le choix du matériau est important
Minimisation du coût métabolique
Un exosquelette lourd peut augmenter l'énergie qu'un utilisateur dépense simplement pour le transporter. Les cordes synthétiques sont utilisées spécifiquement pour réduire le poids global du système par rapport aux tiges métalliques ou aux engrenages. Cette conception légère aide à minimiser la pénalité métabolique pour le porteur.
Assurer la fiabilité structurelle
Malgré leur faible poids, ces matériaux sont sélectionnés pour leur haute résistance à la traction. La marche génère des contraintes de traction fréquentes et intenses ; les cordes doivent résister à ces cycles répétés de forte charge pour garantir que l'appareil reste structurellement fiable et sûr.
Comprendre les compromis
Dépendance à la tension
Contrairement aux composants rigides, les cordes ne peuvent transmettre de force que lorsqu'elles sont tirées. Le système repose entièrement sur la contrainte de traction pour fonctionner, ce qui signifie qu'il est efficace pour une assistance active pendant certaines phases de la démarche (comme le poussée) mais n'offre aucun support contre les forces de compression.
Durabilité sous contrainte
Bien que la référence souligne la "fiabilité structurelle", la dépendance aux cordes implique un profil d'usure spécifique. Comme elles sont soumises à des contraintes intenses et fréquentes, la longévité du système dépend entièrement de la résistance de la corde à l'étirement ou à la rupture sous des charges maximales.
Faire le bon choix pour votre conception
Lors de l'évaluation du système de transmission d'un robot portable, considérez comment les composants équilibrent puissance et utilisabilité.
- Si votre objectif principal est l'agilité de l'utilisateur : Privilégiez les matériaux synthétiques légers pour réduire l'inertie et la fatigue du porteur.
- Si votre objectif principal est la transmission de force : Assurez-vous que le matériau choisi possède une résistance à la traction suffisante pour supporter les exigences de couple maximales du système de levier sans défaillance.
La conception idéale exploite la flexibilité des cordes synthétiques pour fournir un support robuste qui semble presque sans poids pour l'utilisateur.
Tableau récapitulatif :
| Caractéristique | Avantage dans l'exosquelette de cheville |
|---|---|
| Matériau | Corde synthétique légère |
| Principe mécanique | Principe du levier (Transmission du couple) |
| Avantage clé | Masse réduite & Coût métabolique plus faible |
| Type de force | Haute résistance à la traction (uniquement en tension) |
| Objectif principal | Transfert d'énergie efficace pendant la poussée de la démarche |
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Références
- Wei Wang, Jingtai Liu. Improving Walking Economy With an Ankle Exoskeleton Prior to Human-in-the-Loop Optimization. DOI: 10.3389/fnbot.2021.797147
Cet article est également basé sur des informations techniques de 3515 Base de Connaissances .
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