Design of a Breakaway Utensil Attachment for Enhanced Safety in Robot-Assisted Feeding

要約

ロボット支援給餌システムは、運動障害のある個人の独立性を高め、介護者の負担を軽減します。
既存のシステムは主にソフトウェアベースの安全機能に依存して、予期せぬ衝突中のリスクを軽減しますが、この研究では、安全性を向上させる機械的フェールセーフの使用を探ります。
私たちは、過度の力が発生したときにユーザーにロボットによって発揮される力を切り離す力を切り離すブレイクアウェイの調理器具アタッチメントを設計しました。
有限要素分析（FEA）シミュレーションを実行して、さまざまな荷重条件下で障害点を予測し、その後、スロット深度と壁ループのバリエーションを備えた3Dプリントアタッチメントを使用した実験的検証が続きました。
テストを容易にするために、ドロップテストリグが開発され、検証されました。
我々の結果は、アタッチメントのスロットに一貫した故障点を示しました。スロット深さは1 mmと3つの壁ループが65 Nのターゲット力で故障を達成しました。
– 快適さや疼痛耐性などの特異的要因。
CADファイルと調理器具アセンブリの指示は、https：//tinyurl.com/rfa-utensil- atchachmentにあります。

要約(オリジナル)

Robot-assisted feeding systems enhance the independence of individuals with motor impairments and alleviate caregiver burden. While existing systems predominantly rely on software-based safety features to mitigate risks during unforeseen collisions, this study explores the use of a mechanical fail-safe to improve safety. We designed a breakaway utensil attachment that decouples forces exerted by the robot on the user when excessive forces occur. Finite element analysis (FEA) simulations were performed to predict failure points under various loading conditions, followed by experimental validation using 3D-printed attachments with variations in slot depth and wall loops. To facilitate testing, a drop test rig was developed and validated. Our results demonstrated a consistent failure point at the slot of the attachment, with a slot depth of 1 mm and three wall loops achieving failure at the target force of 65 N. Additionally, the parameters can be tailored to customize the breakaway force based on user-specific factors, such as comfort and pain tolerance. CAD files and utensil assembly instructions can be found here: https://tinyurl.com/rfa-utensil-attachment

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