Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag November 15, 2012

Konzept für einen biologisch inspirierten, semi-passiven pneumatisch angetriebenen zweibeinigen Prothesen-Roboter-Hybrid

Concept for a Biological Inspired Semi Passive Pneumatic Actuated Biped Prostheses-Robot-Hybrid
Ch. Bauer, Mona Mors, A. Fischer, Thorsten Stein, Ralf Mikut and Stefan Schulz
From the journal

Zusammenfassung

Ein Schwerpunkt bei der Entwicklung von Laufmaschinen liegt auf der Stabilisierung der Maschine während der Fortbewegung. Sechsbeinige Laufmaschinen sind in der Lage, permanent statische Stabilität zu garantieren. Bei Vierbeinern ist dies nur auf bestimmte Gangmuster beschränkt und Zweibeiner sind auf dynamische Stabilität angewiesen. Die Arbeiten in diesem Artikel basieren auf Bewegungsstudien von beidseitig amputierten Probanden, die trotz passiver Prothesen stabil laufen können. Zur Übertragung dieses Konzepts auf Laufmaschinen wird ein neuartiger zweibeiniger Demonstrator mit einer künstlichen Wirbelsäule vorgestellt, der über pneumatische Aktoren in der Hüfte und in der Wirbelsäule angetrieben wird. Zusätzlich kommen nichtaktuierte Knie- und Fußprothesenteile zum Einsatz. Das Ziel besteht darin, zweibeinige, unteraktuierte, dadurch leichte und energieeffiziente Roboter zu entwickeln. Neben dem Hardwaredesign und dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten wird auch die Bewegungsgenerierung, die auf biologisch inspirierten Zentralen Mustergeneratoren basiert sowie die experimentelle Erprobung des Demonstrators beschrieben.

Abstract

One key issue in developing walking machines lies in stabilizing the machine during gait. Hexapods are capable of guaranteeing static stability all the time whereas quadrupeds are only able to guarantee this during special gait patterns. Bipeds have to rely on dynamic stability if they want to perform locomotion tasks. The work in this paper is based on gait studies of amputated test subjects who are still able to walk in stable gait patterns, despite of their passive prostheses. To transfer this concept to walking machines, a new biped demonstrator with an artificial spine is introduced. The hip joints and the spine are actuated pneumatically, whereas the knees and feet are off-the-shelf passive prosthetic devices. The mid-term goal is the development of bipedal, underactuated, light-weight, and energy-efficient robots. Apart from the hardware design, the motion generation, which is based on biologically inspired central pattern generators, is described. In addition to that the experimental results and their evaluation are discussed.


* Correspondence address: Karlsruher Institut für Technologie, Institut für angewandte Informatik, Herrmann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen,

Published Online: 2012-11-15
Published in Print: 2012-11

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