バイオインスピレーションによるギアローリングの膝の外骨格は,強化された人間-外骨格の運動互換性を可能にします

科学分野:

• ロボット工学 ロボット工学 ロボット工学
• バイオメカニクス バイオメカニクス
• 機械工学の機械工学

背景:

• 人間と外骨格の相互作用は,複雑なチボフェモラル運動により,しばしば膝関節の不整列に悩まされます.
• 対象特有の共同ダイナミクスは,ウェアラブルロボットシステムにおける動力学的な互換性に対する課題を提起します.

研究 の 目的:

• 人間の外骨格と膝関節の不整列を減らすために.
• ユーザーと膝の外骨格の間の運動互換性を改善するために.
• 非均一で主体特異なティビオフェモラル関節運動に対応するため.

主な方法:

• バイオインスピレーションによる,ギアベースの膝の外骨格が,惑星ギアメカニズムと3段階の補償トランスミッションで設計されました.
• 仮想人間-外骨格の相互作用モデルは,滑動的不整合メトリックを使用して,運動的不整合を定量化しました.
• 設計最適化は,開発されたモデルによって導かれ,シミュレーション,プロトタイプテスト,ヒト対被験者実験による評価が行われました.

主要な成果:

• 提案されたメカニズムは,単軸設計と比較して,膝関節の不整列を約70%削減しました.
• トルコントランスミッションのテストは高精度で,伸縮時のピーク偏差は8%~15%,屈折時のピーク偏差は5%~13%であった.
• バックドライビングテストでは,低い受動抵抗が確認され,バックドライビングトルクは,定番補助トルクの5%未満でした.

結論:

• 開発されたギアベースの膝関節は,解剖学的運動を効果的に近似し,内部不整列を収納します.
• システムは,決定的運動構造の中で,信頼性の高いトルク伝送を維持します.
• この研究は,ウェアラブル外骨格における膝関節不整合に対処するための一般化可能な枠組みを提供し,人間とロボットの運動互換性を強化します.