Stretchable Pneumatic Sleeve for Adaptable, Low-Displacement Anchoring in Exosuits

要約

ウェアラブル技術の最近の進歩にも関わらず、運動補助デバイスを人体に接続することは依然として課題です。
我々は、動作中に体に対するアクチュエータの取り付け点の変位を低く抑えながら、外骨格スーツのアクチュエータを人間の腕に固定できる伸縮性の空気圧スリーブを提案します。
当社のスリーブは、加えられた外骨格スーツの力を大きな変位を伴うことなく伝達するために必要なだけ腕を圧縮するように圧力を調整できるため、外骨格スーツの適応可能な取り付け機構として機能する可能性があります。
バンド状に形成された布製空気圧人工筋肉 (fPAM) アクチュエーターで作られたスリーブの設計について説明します。
さまざまな長さと幅の 9 つの fPAM バンドと、3 つのスリーブ (fPAM スリーブ、以前の文献のようなシリーズ パウチ モーター (SPM) スリーブ、既製のフックアンドループ スリーブ) のパフォーマンスを定量化します。
圧力の関数として圧縮力を測定し、圧力と取り付け点の変位の両方の関数として抵抗できる局所的な引張力を測定します。
我々の実験結果は、静止長が短い、および/または静止幅が大きい fPAM バンドがより大きな力を生成することを示しています。
また、完全に伸ばされた状態では SPM スリーブと同等の寸法を持つ fPAM スリーブは、膨張時に SPM スリーブと同様の性能を発揮します。
膨張中、両方の空気圧スリーブは面ファスナー スリーブと比較して取り付けポイントの変位を減少させます。
SPM スリーブと比較して、fPAM スリーブは破裂する前に大きな内圧を保持できるため、可能な力の範囲が広がります。
また、膨張していないとき、fPAM スリーブは引張力に十分に抵抗し、作動していないときにアンカーを提供する能力を示しています。

要約(オリジナル)

Despite recent advances in wearable technology, interfacing movement assistance devices with the human body remains challenging. We present a stretchable pneumatic sleeve that can anchor an exosuit actuator to the human arm with a low displacement of the actuator’s mounting point relative to the body during operation. Our sleeve has the potential to serve as an adaptable attachment mechanism for exosuits, since it can adjust its pressure to only compress the arm as much as needed to transmit the applied exosuit forces without a large displacement. We discuss the design of our sleeve, which is made of fabric pneumatic artificial muscle (fPAM) actuators formed into bands. We quantify the performance of nine fPAM bands of various lengths and widths, as well as three sleeves (an fPAM sleeve, a series pouch motor (SPM) sleeve as in previous literature, and an off the shelf hook and loop sleeve), through the measurement of the compressing force as a function of pressure and the localized pulling force that can be resisted as a function of both pressure and mounting point displacement. Our experimental results show that fPAM bands with smaller resting length and/or larger resting width produce higher forces. Also, when inflated, an fPAM sleeve that has equivalent dimensions to the SPM sleeve while fully stretched has similar performance to the SPM sleeve. While inflated, both pneumatic sleeves decrease the mounting point displacement compared to the hook and loop sleeve. Compared to the SPM sleeve, the fPAM sleeve is able to hold larger internal pressure before bursting, increasing its possible force range. Also, when not inflated, the fPAM sleeve resists the pulling force well, indicating its ability to provide anchoring when not actuated.

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