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Tabla de contenidos
- Exoesqueletos para extremidades inferiores impulsados por IA con actuadores CubeMars
- Asistencia adaptativa impulsada por IA: detección del terreno en tiempo real
- Percepción del entorno en tiempo real
- Conmutación inteligente de modos de asistencia
- Ganancias en eficiencia energética
- Asistencia de par inspirada en la biología: Control de resorte y amortiguador
- Colinas y escaleras: Control de rigidez tipo resorte
- Descenso: Absorción de energía tipo amortiguador
- Tiempo de respuesta a nivel de milisegundosEl sistema de actuadores funciona a una frecuencia de control de 100 Hz, asegurando un tiempo de asistencia preciso con un error de fase<2.5 % basado en la estimación de la fase de la marcha en tiempo real.
- Por qué los actuadores CubeMars son ideales para la robótica de exoesqueletos
- Aspectos destacados del actuador AK80-9
- Accionamiento casi directo + Reducción de engranajes
- Allanando el camino para aplicaciones en el mundo real
아텍 AI 외골격을 구동하며 Science Advances에 소개 Actuador robótico CubeMars impulsando exoesqueletos AI de Georgia Tech destacado en Science Advances
Exoesqueletos para extremidades inferiores impulsados por IA con actuadores CubeMars
Redefiniendo la movilidad humana
Georgia Tech, en colaboración con la Universidad de Stanford y la Universidad de Pensilvania, ha desarrollado un sistema avanzado de exoesqueleto impulsado por IA diseñado para mejorar la eficiencia de la marcha en el mundo real. El exoesqueleto robótico para extremidades inferiores, recientemente presentado en Science Advances (AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation[1]), funciona completamente con CubeMars. AK80-9 KV100 Actuador robótico - Par nominal de 9 Nm, 48 V, 485 g, proporcionando un control de par de alta eficiencia y movimientos precisos.
Asistencia adaptativa impulsada por IA: detección del terreno en tiempo real
Percepción del entorno en tiempo real
El sistema utiliza algoritmos de aprendizaje profundo para lograr:
Estimación de la fase de la marcha en 300 ms
Detección de pendiente en 800 ms
Reconoce las condiciones del terreno de -33° a +33°, distinguiendo entre suelo plano, subida, escaleras y bajada.
Conmutación inteligente de modos de asistencia
Según el terreno detectado, el exoesqueleto ajusta automáticamente sus estrategias de asistencia de par:
Tipo de terreno | Rango de pendiente | Estrategia de asistencia |
Escaleras | >18.5° | Asistencia de par máxima |
Inclinación | 3.5°–18.5° | Incremento progresivo de par |
Plano | -3.5° to 3.5° | Asistencia mínima |
Bajada de escaleras | < -18.5° | Control de amortiguamiento |
Ganancias en eficiencia energética
El control por IA mejora el ahorro de energía metabólica en un 86 % en comparación con los métodos convencionales (6,5 % frente a 3,5 %), con una calificación de satisfacción del usuario de 7,2 sobre 10.
Asistencia de par inspirada en la biología: Control de resorte y amortiguador
Colinas y escaleras: Control de rigidez tipo resorte
Simula la dinámica natural del resorte de la rodilla con un par que aumenta linealmente de 0,3 a 1,6 Nm/deg, lo que permite un movimiento suave y eficiente cuesta arriba.
Descenso: Absorción de energía tipo amortiguador
Utiliza estrategias de amortiguamiento para imitar el frenado hidráulico, con una resistencia de hasta 0,16 Nm·s/deg, reduciendo el impacto y el estrés en las articulaciones.
Tiempo de respuesta a nivel de milisegundos
El sistema de actuadores funciona a una frecuencia de control de 100 Hz, asegurando un tiempo de asistencia preciso con un error de fase<2.5 % basado en la estimación de la fase de la marcha en tiempo real.
Por qué los actuadores CubeMars son ideales para la robótica de exoesqueletos
Aspectos destacados del actuador AK80-9
El actuador robótico CubeMars AK80-9 permite un diseño ligero, crucial para exoesqueletos portátiles, resolviendo el problema común del “costo energético del propio peso”. El módulo de potencia AK80-9 es una solución altamente integrada que combina un motor brushless de alto rendimiento, una caja de engranajes planetaria y un controlador en uno solo, permitiendo un alto par y un funcionamiento suave.
El ordenador principal admite la identificación inteligente de parámetros con un solo clic y el cambio sin problemas entre los modos Servo y MIT, simplificando significativamente el proceso de ajuste. Va más allá del control convencional al lograr un control sincronizado de la posición, la velocidad y la aceleración, con ajuste PID adaptativo, eliminando la complejidad y asegurando una puntería precisa.
Modelo | Par nominal | Par máximo | Densidad de par máxima | Velocidad nominal | Peso |
9Nm | 18Nm | 37Nm/kg | 390rpm | 485g | |
9Nm | 22Nm | 44.9Nm/kg | 390rpm | 490g |
Accionamiento casi directo + Reducción de engranajes
La combinación única de una relación de engranajes de 9:1 y motor de accionamiento casi directo logra:
Alta salida de par para subir escaleras
Baja impedancia para una marcha suave y natural
Sin movimientos bruscos — solo curvas de asistencia fluidas
Allanando el camino para aplicaciones en el mundo real
Este proyecto innovador es de código abierto, proporcionando acceso a diseños de hardware CAD y conjuntos de datos de entrenamiento de IA, acelerando el desarrollo de exoesqueletos para:
Rehabilitación médica
Asistencia logística y para cargas pesadas
Mejora de la movilidad personal
CubeMars ahora colabora con el equipo de investigación para co-desarrollar módulos de actuadores integrados de próxima generación, llevando la tecnología de exoesqueletos desde los laboratorios de investigación hasta los mercados de consumo cotidianos.
Referencias:
[1] Science Advances：AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation