Using Zone Inflation and Volume Transfer to Design a Fabric-based Pneumatic Exosuit with both Efficiency and Wearability

要約

ファブリックベースの空気圧外骨格スーツは、人間とマシンのインタラクション性能が優れているため、幅広い応用の可能性を秘めていますが、その構造設計パラダイムはまだ完成しておらず、詳細な研究が必要です。
この論文では、効率と着用性の両方を備えた布地ベースの空気圧外骨格スーツの設計のためのゾーン インフレーションと体積移動の概念を提案します。
ゾーンインフレーションの意味は、空気圧外骨格スーツの膨張領域を膨張-収縮ゾーンと膨張保持ゾーンに分割することで、圧縮空気の消費量を削減し、効率を向上させることができます。
衣服内の膨張可能領域を戦略的に分配する方法である体積移動は、外骨格スーツの着用性を効果的に向上させることができます。
外骨格スーツは、安価な熱可塑性ポリウレタンフィルムと衣服の生地を使用し、熱プレスと縫製によって作られます。
この外骨格スーツの応答時間は 0.5 秒、応力面積は 1500 mm2、外形はわずか 32 mm で、一般的な衣服の中に隠すことができます。
外骨格スーツの出力トルクを誤差 3.6% で予測する数学モデルが開発されました。
機械実験によると、外骨格スーツは 100kPa の圧力で 9.1Nm のトルクを出力します。
表面筋電図検査の実験では、外骨格スーツがユーザーに座位から立位までの動作を促進し、筋電図信号が平均 14.95% 減少することが示されています。
これらの方法を使用して設計された外骨格スーツは、効率と着用性を兼ね備えており、布地ベースの空気圧外骨格スーツの理想的なパラダイムとなることが期待されています。

要約(オリジナル)

Fabric-based pneumatic exosuits have a broad application prospect due to their good human-machine interaction performance, but their structural design paradigm has not yet been finalized and requires in-depth research. This paper proposes the concepts of zone inflation and volume transfer for the design of a fabric-based pneumatic exosuit with both efficiency and wearability. The meaning of zone inflation is to divide the inflation area of pneumatic exosuit into inflation-deflation zone and inflation-holding zone which can reduce the consumption of compressed air and improve efficiency. Volume transfer, a strategic distribution method of inflatable regions inside the garment, can effectively enhance the wearability of the exosuit. Using inexpensive thermoplastic polyurethane film and clothing fabric, the exosuit is made by heat pressing and sewing. The exosuit has a response time of 0.5s, a stress area of 1500mm2, and a profile of only 32mm, which can be hidden inside common clothing. A mathematical model is developed to predict the output torque of the exosuit with an error of 3.6%. Mechanical experiments show that the exosuit outputs a torque of 9.1Nm at a pressure of 100kPa. Surface electromyography experiments show that the exosuit can provide users with a boost from sitting to standing, with an average reduction in electromyography signals of 14.95%. The exosuit designed using these methods synthesizes efficiency and wearability and is expected to be an ideal paradigm for fabric-based pneumatic exosuits.

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