Volume Transfer: A New Design Concept for Fabric-Based Pneumatic Exosuits

要約

布地ベースの空気圧外骨格スーツは、従来の外骨格よりも軽くて柔らかいため、現在熱い研究テーマとなっています。
既存の研究では、外骨格スーツの機械的特性（トルクや速度など）に重点が置かれており、着用性（外観や快適さなど）にはあまり重点が置かれていませんでした。
この研究は、布地ベースの空気圧外骨格スーツの体積移動の新しい設計コンセプトを提示します。これは、空気圧アクチュエータの体積を衣服のプロファイルを超えて内部に移動させることを意味します。
これにより、適切なトルクを維持しながら、外観を隠し、応力領域を拡大することができます。
この概念を検証するために、膝伸展補助用の布地ベースの空気圧外骨格スーツを開発しました。
そのプロファイルはわずか 26 mm で、応力領域は脚のほぼ半分を包みます。
私たちは数学的モデルとシミュレーションを使用して外骨格スーツのパラメーターを決定し、プロトタイプの複数の反復を回避します。
実験結果は、外骨格スーツが 90kPa の圧力で 7.6Nm のトルクを生成し、膝伸筋の筋電図活動を大幅に低下させることができることを示しています。
私たちは、将来の布地ベースの空気圧外骨格スーツの設計で Volume Transfer を広く利用して、着用性の大幅な向上を達成できると考えています。

要約(オリジナル)

The fabric-based pneumatic exosuit is now a hot research topic because it is lighter and softer than traditional exoskeletons. Existing research focused more on the mechanical properties of the exosuit (e.g., torque and speed), but less on its wearability (e.g., appearance and comfort). This work presents a new design concept for fabric-based pneumatic exosuits Volume Transfer, which means transferring the volume of pneumatic actuators beyond the garments profile to the inside. This allows for a concealed appearance and a larger stress area while maintaining adequate torques. In order to verify this concept, we develop a fabric-based pneumatic exosuit for knee extension assistance. Its profile is only 26mm and its stress area wraps around almost half of the leg. We use a mathematical model and simulation to determine the parameters of the exosuit, avoiding multiple iterations of the prototype. Experiment results show that the exosuit can generate a torque of 7.6Nm at a pressure of 90kPa and produce a significant reduction in the electromyography activity of the knee extensor muscles. We believe that Volume Transfer could be utilized prevalently in future fabric-based pneumatic exosuit designs to achieve a significant improvement in wearability.

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