Control of a Back-Support Exoskeleton to Assist Carrying Activities

要約

背負い式外骨格は、過酷な作業を行う労働者の腰痛リスクを軽減するために、職場で一般的に使用されています。しかし、持ち上げとは異なる作業の補助については、背中支持型外骨格の可能性は広く利用されていない。本研究では、背負うことを支援するためのアクティブな背負式外骨格の使用に焦点を当てる。タスク支援要件に適合するように外骨格トルクを変調する2つの制御戦略を設計する。特に、2つの歩行位相検出フレームワークを利用し、脚の動きに応じて補助を適応させる。この2つの戦略は、10人の被験者を対象とした実験分析により評価される。運搬タスクは、外骨格の補助なしと補助ありで実行される。その結果、歩行運動を妨げることなくタスクを支援し、ユーザが経験する使い勝手を向上させるという、提示した制御の可能性が証明された。さらに、外骨格の補助は、タスクに関連する腰部負荷を有意に減少させ、職場におけるリスク軽減のための有望な利用法を実証した。

要約(オリジナル)

Back-support exoskeletons are commonly used in the workplace to reduce low back pain risk for workers performing demanding activities. However, for the assistance of tasks differing from lifting, back-support exoskeletons potential has not been exploited extensively. This work focuses on the use of an active back-support exoskeleton to assist carrying. Two control strategies are designed that modulate the exoskeleton torques to comply with the task assistance requirements. In particular, two gait phase detection frameworks are exploited to adapt the assistance according to the legs’ motion. The two strategies are assessed through an experimental analysis on ten subjects. Carrying task is performed without and with the exoskeleton assistance. Results prove the potential of the presented controls in assisting the task without hindering the gait movement and improving the usability experienced by users. Moreover, the exoskeleton assistance significantly reduces the lumbar load associated with the task, demonstrating its promising use for risk mitigation in the workplace.

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