Control of a Back-Support Exoskeleton to Assist Carrying Activities

要約

背中サポート外骨格は、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る。しかし、持ち上げとは異なる作業の補助については、背中支持外骨格の可能性はあまり活用されていない。本研究では、能動的な背負い補助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調節する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人の被験者に対する実験分析を通して評価される。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、歩行動作を妨げることなくタスクを補助し、ユーザが経験する使い勝手を向上させるという、提示された制御の可能性が証明された。さらに、外骨格補助により、作業に伴う腰部負荷が有意に軽減され、職場におけるリスク軽減への利用が有望であることが示された。

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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