布製空気圧人工筋肉を用いた頭部・頸部外骨格スーツ:設計、モデリング、評価
Fabric Pneumatic Artificial Muscle-Based Head-Neck Exosuit: Design, Modeling, and Evaluation
布製空気圧人工筋肉を用いた頭部・頸部を支援する外骨格スーツを提案し、プロトタイプの設計と物理モデルを構築、重力補償に必要な圧力を導出した。モデルによる可動域解析と実験で、頭部支持と軌道追従の有効性を示した。
詳しい要約
1. どんなもの?
2. 先行研究と比べてどこがすごい?
3. 技術・手法の肝は?
4. どうやって有効だと検証した?
5. 議論はある?
6. 次に読むべき論文は?
※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。
著者: Katalin Schäffer, Ian Bales, Haohan Zhang, Margaret McGuinness
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Wearable exosuits assist human movement in tasks ranging from rehabilitation to daily activities; specifically, head-neck support is necessary for patients with certain neurological disorders. Rigid-link exoskeletons have shown to enable head-neck mobility compared to static braces, but their bulkiness and restrictive structure inspire designs using "soft" actuation methods. In this paper, we propose a fabric pneumatic artificial muscle-based exosuit design for head-neck support. We describe the design of our prototype and physics-based model, enabling us to derive actuator pressures required to compensate for gravitational load. Our modeled range of motion and workspace analysis indicate that the limited actuator lengths impose slight limitations (83% workspace coverage), and gravity compensation imposes a more significant limitation (43% workspace coverage). We introduce compression force along the neck as a novel, potentially comfort-related metric. We further apply our model to compare the torque output of various actuator placement configurations, allowing us to select a design with stability in lateral deviation and high axial rotation torques. The model correctly predicts trends in measured data where wrapping the actuators around the neck is not a significant factor. Our test dummy and human user demonstration confirm that the exosuit can provide functional head support and trajectory tracking, underscoring the potential of artificial muscle-based soft actuation for head-neck mobility assistance.
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