The work presented in this paper aims at developing a hydraulic actuation system for an ankle exoskeleton that is able to deliver a peak power of 250 W, with a maximum torque of 90 N.m and maximum speed of 320 deg/s. After justifying the choice of a servo hydraulic actuator (SHA) over an electro hydrostatic actuator (EHA) for the targeted application, some test results of a first functional prototype are presented. The closed-loop unloaded displacement frequency response of the prototype shows a bandwidth ranging from 5 Hz to 8 Hz for displacement amplitudes between +/-5mm and +/- 20mm, thus demonstrating adequate dynamic performance for normal walking speed. Then, a detailed design is proposed as a combination of commercially available components (in particular a miniature servo valve and a membrane accumulator) and a custom aluminium manifold that incorporates the hydraulic cylinder. The actuator design achieves a total weight of 1.0 kg worn at the ankle.

Lower-limb exoskeletons are an emerging technology to provide walking assistance to people who have a spinal cord injury (SCI). Until now, exoskeletons have primarily been used in a clinical setting for a range of applications in rehabilitation, and there is potential for exoskeletons to be used by people with SCI at home. Daily walking with an exoskeleton contributes significantly to physical and mental health of the user, but previous work has concluded that further development is required before exoskeletons are broadly adopted for this purpose. ABLE Human Motion is currently working to create a lightweight and intuitive exoskeleton for home use. To understand how this exoskeleton must be designed differently from clinical rehabilitation exoskeletons, it is necessary to understand the user requirements of the device in depth. This thesis explored: 1) what methodology is appropriate for evaluating home use exoskeletons, 2) what users want to use a personal exoskeleton for, and 3) what design changes distinguish an exoskeleton for home use instead of rehabilitation. This was done using a combination of literature review, hazard analysis, user observations (n=7), user interviews (n=7), and physiotherapist interviews (n=3) to derive a detailed set of user requirements and product specifications for a personal exoskeleton for home use. Interviews were conducted face-to-face and analyzed using thematic analysis. Results of the study show that users primarily want to use a personal exoskeleton for daily exercise and wellness activities, in outdoor environments, and around the theme of “like-everyone-else”. Therapists added an additional theme of user trust in the device. These insights have been translated into a set of prioritized user requirements and product specifications for a lower-limb exoskeleton for walking assistance after SCI, which can be used in the future design and development of such a device. Future work will be to develop testing setups to further explore the product specifications, and to conduct observation studies of the exoskeleton being used in a home-like environment. / Exoskelett för de nedre extremiteterna är en framväxande teknik för att ge gångassistans till personer som har en ryggmärgsskada. Hittills har exoskelett främst använts i en klinisk miljö för en rad tillämpningar inom rehabilitering, men det finns potential för exoskelett att användas av personer med ryggmärgsskada för personligt bruk i hemmet. För att förstå hur personliga exoskelett måste utformas annorlunda än kliniska exoskelett är det nödvändigt att på djupet förstå användarens krav på enheten. Detta projekt använde en kombination av litteraturgranskning, riskanalys, användarobservationer, användarintervjuer och fysioterapeutintervjuer för att härleda en detaljerad uppsättning användarkrav och produktspecifikationer för ett personligt exoskelett för hemmabruk. Intervjuer analyserades med hjälp av tematisk analys. Resultaten av studien visar att användarna i första hand vill använda ett personligt exoskelett för dagliga tränings- och hälsoaktiviteter, i utomhusmiljöer och på temat ”som alla andra”. Andra viktiga teman för framtida utveckling var kring användarnas förtroende för enheten och bibehållande av motivation för daglig träning. Dessa teman har översatts till en uppsättning prioriterade användarkrav och produktspecifikationer för ett nedre extremitetsskelett för gångassistans efter en ryggmärgsskada som kan användas i framtida design och utveckling av en sådan enhet.