Soft Wrist Exosuit Actuated by Fabric Pneumatic Artificial Muscles

要約

最近、ソフトアクチュエータベースの外骨格スーツが、その高い強度重量比、本質的な安全性、低コストにより関心を集めています。
我々は、手首を屈曲/伸展および尺骨/橈骨偏位に動かすことができる、布製空気圧人工筋肉によって作動する新しい手首外骨格スーツを紹介します。
我々は、外骨格スーツによって発揮されるトルクを表すモデルを導出し、外骨格スーツの筋肉の配置パラメータの選択のためのモデルベースの最適化手法を導入します。
手首の屈曲/伸展の全範囲にわたって外骨格スーツのトルクを測定することにより、モデルの精度を評価します。
取り付け点の変位を考慮すると、モデルは外骨格スーツのトルクを平均絶対誤差 0.279 Nm で予測します。これは平均測定トルクの 26.1% です。
人体を動かす外骨格スーツの機能を調べるために、受動的な人間の手首での可動範囲を測定します。
外骨格スーツは、生物学的活動範囲の屈曲で 55.0%、伸展で 69.1%、尺骨偏位で 68.6%、橈骨偏位で 68.4% を達成できます。
最後に、受動的な人間の手首を制御して、屈曲/伸展面内で 2 自由度の軌道に沿って所望の方向に移動するデバイスを実証します。

要約(オリジナル)

Recently, soft actuator-based exosuits have gained interest, due to their high strength-to-weight ratio, inherent safety, and low cost. We present a novel wrist exosuit actuated by fabric pneumatic artificial muscles that can move the wrist in flexion/extension and ulnar/radial deviation. We derive a model representing the torque exerted by the exosuit and introduce a model-based optimization methodology for the selection of placement parameters of the exosuit muscles. We evaluate the accuracy of the model by measuring the exosuit torques throughout the full range of wrist flexion/extension. When accounting for the displacement of the mounting points, the model predicts the exosuit torque with a mean absolute error of 0.279 Nm, which is 26.1% of the average measured torque. To explore the capabilities of the exosuit to move the human body, we measure its range of motion on a passive human wrist; the exosuit is able to achieve 55.0% of the active biological range in flexion, 69.1% in extension, 68.6% in ulnar deviation, and 68.4% in radial deviation. Finally, we demonstrate the device controlling the passive human wrist to move to a desired orientation in the flexion/extension plane and along a two-degree-of-freedom trajectory.

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