Force Profiling of a Shoulder Bidirectional Fabric-based Pneumatic Actuator for a Pediatric Exosuit

要約

この論文では、小児外骨格スーツの肩の外転と内転を支援するために特別に設計された、単一セル双方向軟空気圧アクチュエータの接触力プロファイルの包括的な分析を紹介します。
このアクチュエータは、肩の外転/内転をサポートする作動回転ジョイントと、肘の屈曲/伸展をサポートする受動的 (ただしロック可能な) 回転ジョイントの 2 つの自由度を備えた幼児スケールのテスト リグに組み込まれました。
リグ内の統合ロードセルとエンコーダを使用して、アクチュエータによって加えられる力と肩関節の角度をそれぞれ測定しました。
アクチュエータの性能は、さまざまな固定点と肘関節角度の下で評価されました。
実験結果は、アクチュエータが上腕の長さの 3 分の 2 に固定され、肘関節が垂直方向の位置にあるときに、最大の可動範囲と胴体と上腕にかかる最小の力によって特徴付けられる最適なパフォーマンスが達成できることを示しています。
90度の角度。
力対圧力および関節角度のグラフは、非線形およびヒステリシス動作を明らかにします。
この研究の結果は、可動範囲を狭めることなく、かかる力を最小限に抑えるための最適な固定点と肘の角度に関する洞察をもたらします。

要約(オリジナル)

This paper presents a comprehensive analysis of the contact force profile of a single-cell bidirectional soft pneumatic actuator, specifically designed to aid in the abduction and adduction of the shoulder for pediatric exosuits. The actuator was embedded in an infant-scale test rig featuring two degrees of freedom: an actuated revolute joint supporting shoulder abduction/adduction and a passive (but lockable) revolute joint supporting elbow flexion/extension. Integrated load cells and an encoder within the rig were used to measure the force applied by the actuator and the shoulder joint angle, respectively. The actuator’s performance was evaluated under various anchoring points and elbow joint angles. Experimental results demonstrate that optimal performance, characterized by maximum range of motion and minimal force applied on the torso and upper arm, can be achieved when the actuator is anchored at two-thirds the length of the upper arm, with the elbow joint positioned at a 90-degree angle. The force versus pressure and joint angle graphs reveal nonlinear and hysteresis behaviors. The findings of this study yield insights about optimal anchoring points and elbow angles to minimize exerted forces without reducing the range of motion.

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