Design of a Variable Stiffness Spring with Human-Selectable Stiffness

要約

ばねは、モーターやバッテリーを必要とせずにアシスト ジョイント トルクを提供するために、ウェアラブル ロボット デバイスで一般的に使用されます。
ただし、タスク (ウォーキングやランニングなど) やユーザー (脚の強いアスリートや脚の弱い高齢者など) が異なれば、異なる補助関節トルクが必要になるため、バネの剛性も異なります。
可変剛性スプリングは、ユーザーがスプリングの剛性を変更できる場合に限り、同じたわみに対して多かれ少なかれトルクを加えることができる特別なクラスのスプリングです。
この論文では、自転車のギアを切り替えるのと同様に、ユーザーが好みのスプリング剛性を選択できる、新しい可変剛性スプリング設計を紹介します。
脚のスイング実験を使用して、ユーザーがスプリングの剛性を広い範囲で増減して、脚の振動中に股関節を効果的に支援できることを示します。
人間が剛性を選択できる可変剛性スプリングは、ウォーキング、ランニング、水泳などの移動タスクを強化するウェアラブル デバイスの重要なコンポーネントになる可能性があります。

要約(オリジナル)

Springs are commonly used in wearable robotic devices to provide assistive joint torque without the need for motors and batteries. However, different tasks (such as walking or running) and different users (such as athletes with strong legs or the elderly with weak legs) necessitate different assistive joint torques, and therefore, springs with different stiffness. Variable stiffness springs are a special class of springs which can exert more or less torque upon the same deflection, provided that the user is able to change the stiffness of the spring. In this paper, we present a novel variable stiffness spring design in which the user can select a preferred spring stiffness similar to switching gears on a bicycle. Using a leg-swing experiment, we demonstrate that the user can increment and decrement spring stiffness in a large range to effectively assist the hip joint during leg oscillations. Variable stiffness springs with human-selectable stiffness could be key components of wearable devices which augment locomotion tasks, such as walking, running, and swimming.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google