Transparency evaluation for the Kinematic Design of the Harnesses through Human-Exoskeleton Interaction Modeling

要約

下肢外骨格 (LLE) は、ユーザーに機械的動力を提供するウェアラブル ロボットです。
人間と外骨格 (HE) の接続では、相互作用中のユーザーの自然な動作を維持し、望ましくない力を回避する必要があります。
したがって、多くの作品はそれらの最小化に焦点を当てています。
デバイスのプロトタイピングと実験的テストを繰り返すことに特有の複雑さを考慮すると、外骨格とそのユーザーとの物理的相互作用をモデル化することが、設計の効果を評価するための貴重なアプローチとして浮上します。
この論文では、柔軟なシミュレーション ツールを使用してさまざまな外骨格構成を比較する新しい方法を提案します。
このアプローチでは、着用者との相互作用を含むデバイスのダイナミクスをシミュレートして、LLE の運動学および作動とともに複数の接続メカニズムの設計を評価することを検討しています。
この評価は、最適化変数として界面のインピーダンス パラメーターを含む最適化プロセスによる相互作用レンチの最小化と、LLE の関節変数軌道の着用者の関節の動きとの類似性に基づいています。
探索的テストは、ウェアラブル ウォーカー LLE をさまざまな構成で使用し、相互作用力を測定して実施されます。
次に、実験データが最適化の結果と比較され、提案された方法が収集された測定値および文献からの以前の結果と一致するコンタクトレンチの推定値を提供することが証明されます。
著作権 2024 IEEE。
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この作品の他の作品。

要約(オリジナル)

Lower Limb Exoskeletons (LLEs) are wearable robots that provide mechanical power to the user. Human-exoskeleton (HE) connections must preserve the user’s natural behavior during the interaction, avoiding undesired forces. Therefore, numerous works focus on their minimization. Given the inherent complications of repeatedly prototyping and experimentally testing a device, modeling the exoskeleton and its physical interaction with the user emerges as a valuable approach for assessing the design effects. This paper proposes a novel method to compare different exoskeleton configurations with a flexible simulation tool. This approach contemplates simulating the dynamics of the device, including its interaction with the wearer, to evaluate multiple connection mechanism designs along with the kinematics and actuation of the LLE. This evaluation is based on the minimization of the interaction wrenches through an optimization process that includes the impedance parameters at the interfaces as optimization variables and the similarity of the LLE’s joint variables trajectories with the motion of the wearer’s articulations. Exploratory tests are conducted using the Wearable Walker LLE in different configurations and measuring the interaction forces. Experimental data are then compared to the optimization outcomes, proving that the proposed method provides contact wrench estimations consistent with the collected measurements and previous outcomes from the literature. Copyright 2024 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.

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