Analysis of Forces Exerted by Shoulder and Elbow Fabric-based Pneumatic Actuators for Pediatric Exosuits

要約

小児のエクソスーツの設計を強化するには、アクチュエータが生成した力を評価することが重要です。
この作業は、上肢の小児科のエクソスーツの柔らかい布ベースの空気圧アクチュエーターによって発揮される接触力を評価します。
2つのアクチュエーターが検査されました。肩の誘duction/状況のための単一細胞の双方向アクチュエーターと、肘の伸展/屈曲のためのベロータイプのアクチュエーターです。
実験では、アクチュエータの固定点と、発揮された力と作動の関節運動範囲（ROM）に対する隣接する関節の角度の影響を評価しました。
これらは、2つの自由度（2つの回転関節）を持つカスタム乳児規模のエンジニアリング装置に統合された負荷セルとエンコーダーを介して測定されました。
肩のアクチュエーターの場合、結果は、肩の中心からさらに固定することを示していますが、肘が90ドルで曲げられ、体に及ぼすピーク力を最小限に抑えながら、最高のROMを生成します。
肘のアクチュエータの場合、肩の関節が0^\ circ $がアクチュエータのパフォーマンスを最適化する間、対称的に固定します。
これらの調査結果は、機能性と摩耗性のために考慮されたエクソスーツ設計を共同最適化するための重要なステップに貢献します。

要約(オリジナル)

To enhance pediatric exosuit design, it is crucial to assess the actuator-generated forces. This work evaluates the contact forces exerted by soft fabric-based pneumatic actuators in an upper extremity pediatric exosuit. Two actuators were examined: a single-cell bidirectional actuator for shoulder abduction/adduction and a bellow-type actuator for elbow extension/flexion. Experiments assessed the impact of actuator anchoring points and the adjacent joint’s angle on exerted forces and actuated joint range of motion (ROM). These were measured via load cells and encoders integrated into a custom infant-scale engineered apparatus with two degrees of freedom (two revolute joints). For the shoulder actuator, results show that anchoring it further from the shoulder joint center while the elbow is flexed at $90^\circ$ yields the highest ROM while minimizing the peak force exerted on the body. For the elbow actuator, anchoring it symmetrically while the shoulder joint is at $0^\circ$ optimizes actuator performance. These findings contribute a key step toward co-optimizing the considered exosuit design for functionality and wearability.

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