Modeling and parametric optimization of 3D tendon-sheath actuator system for upper limb soft exosuit

要約

この論文では、リハビリテーション、治療、産業オートメーションなどの上肢増強に使用するモーター駆動の腱鞘アクチュエータ システムのパラメトリック特性の分析について説明します。
シース内を2組のケーブル（主動側と拮抗側）でガイドするダブル腱シースシステムにより、スムーズで自然な腕の動きを実現すると考えられています。
外骨格には、屈曲と伸展の両方の動作を制御できる単一のモーターが装備されています。
ダブル腱シース システムの実装における重要な課題の 1 つは、腱にたるみが生じる可能性であり、これはシステムの全体的なパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
この問題に対処するために、堅牢な数学モデルが開発され、包括的なパラメータ研究が実行されて、スラックの問題を克服し、伝送を改善するための最も効果的な戦略が決定されます。
この研究は、直列スプリングをシステムの腱に組み込むことで、普遍的に適用可能な設計につながり、個別のカスタマイズの必要性を排除することを示唆しています。
この結果は、プリテンション、バネ定数、モーターの軸に取り付けられたスプールのサイズと形状を変更することによって、腱のたるみを効果的に制御できることも示しています。

要約(オリジナル)

This paper presents an analysis of parametric characterization of a motor driven tendon-sheath actuator system for use in upper limb augmentation for applications such as rehabilitation, therapy, and industrial automation. The double tendon sheath system, which uses two sets of cables (agonist and antagonist side) guided through a sheath, is considered to produce smooth and natural-looking movements of the arm. The exoskeleton is equipped with a single motor capable of controlling both the flexion and extension motions. One of the key challenges in the implementation of a double tendon sheath system is the possibility of slack in the tendon, which can impact the overall performance of the system. To address this issue, a robust mathematical model is developed and a comprehensive parametric study is carried out to determine the most effective strategies for overcoming the problem of slack and improving the transmission. The study suggests that incorporating a series spring into the system’s tendon leads to a universally applicable design, eliminating the need for individual customization. The results also show that the slack in the tendon can be effectively controlled by changing the pretension, spring constant, and size and geometry of spool mounted on the axle of motor.

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