基于区域气压膨胀与体积转移设计高效可穿戴纺织气动外骨骼
机器人学
2024-10-16 v1
摘要
纺织气动外骨骼因其出色的人机交互性能,具有广阔的应用前景,但其结构设计范式尚未确立,需要深入研究。本文提出区域气压膨胀和体积转移的概念,用于设计兼具效率和可穿戴性的纺织气动外骨骼。区域气压膨胀的含义是将气动外骨骼的膨胀区域划分为气压-减压区和气压保持区,从而降低压缩空气消耗并提高效率。体积转移是一种气压区域在衣物内部的策略性分配方法,可有效增强外骨骼的可穿戴性。使用低成本的热塑性聚氨酯薄膜和衣物纤维,通过热压和缝制制作外骨骼。该外骨骼响应时间为0.5秒、应力面积为1500mm2、厚度仅为32mm,可藏于常规衣物内部。开发了预测外骨骼输出扭矩的数学模型,其误差为3.6%。机械实验表明,该外骨骼在100kPa压力下输出扭矩为9.1Nm。表面电生理学实验表明,该外骨骼可为从坐姿到站姿的运动提供动力,平均电生理信号降低14.95%。本文所提出的方法设计出兼具效率和可穿戴性的外骨骼,预期将成为纺织气动外骨骼的理想范式。
引用
@article{arxiv.2410.11341,
title = {Using Zone Inflation and Volume Transfer to Design a Fabric-based Pneumatic Exosuit with both Efficiency and Wearability},
author = {Chendong Liu and Dapeng Yang and Jiachen Chen and Yiming Dai and Li Jiang and Shengquan Xie and Hong Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.11341},
year = {2024}
}