Air Efficient Soft Wearable Robot for High-Torque Elbow Flexion Assistance
Air Efficient Soft Wearable Robot for High-Torque Elbow Flexion Assistance
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用于高扭矩肘部弯曲辅助的空气效率软可穿戴机器人
DOI：
10.1109/icorr58425.2023.10304679
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Walsh, Conor
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Young, Harrison;Gerez, Lucas;Cole, Tazzy;Inirio, Bianca;Proietti, Tommaso;Closs, Bettie;Paganoni, Sabrina;Walsh, Conor
软可穿戴机器人的最新发展已显示出辅助和康复用例的前景。对于充气方法，开发便携式系统的一个主要挑战是在便携性、性能和可用性之间找到平衡。在本文中，我们提出了一种基于织物的机器人套筒，它可以提供功能性肘部弯曲辅助，并且与便携式驱动单元（PAU）兼容。弯曲由带有内部气动支撑 (IPS) 的弯曲纺织致动器驱动。我们证明，添加 IPS 可以改善扭矩生成，并将电池供电驱动增加 60%。我们证明该装置可以在肘关节的整个活动范围内提供足够的扭矩，为日常生活提供帮助。具体来说，该装置在 90° 时产生 13.5 Nm 的扭矩。对五名健康人和两名肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 患者的实验测试证明了它对佩戴者肌肉活动和运动学的影响。对健康受试者的结果表明，该设备能够在静态和动态锻炼期间平均减少二头肌活动 49.1±13.3%，在模拟 ADL 期间减少 43.6±11.1%，并提供 134°±13° 的辅助 ROM。两名 ALS 参与者均表示，佩戴该设备后，在静态和动态任务中感知到的用力率均降低，平均 ROM 为 115°±8°。未来的工作将探索 IPS 的其他应用，并将该方法扩展到辅助多个关节。
Recent developments in soft wearable robots have shown promise for assistive and rehabilitative use-cases. For inflatable approaches, a major challenge in developing portable systems is finding a balance between portability, performance, and usability. In this paper, we present a textile-based robotic sleeve that can provide functional elbow flexion assistance and is compatible with a portable actuation unit (PAU). Flexion is driven by a curved textile actuator with internal pneumatic supports (IPS). We show that the addition of IPS improves torque generation and increases battery-powered actuations by 60%. We demonstrate that the device can provide enough torque throughout the ROM of the elbow joint for daily life assistance. Specifically, the device generates 13.5 Nm of torque at 90°. Experimental testing in five healthy individuals and two individuals with Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) demonstrates its impact on wearer muscle activity and kinematics. The results with healthy subjects show that the device was able to reduce the bicep muscle activity by an average of 49.1±13.3% during static and dynamic exercises, 43.6±11.1% during simulated ADLs, and provided an assisted ROM of 134°±13°. Both ALS participants reported a reduced rate of perceived exertion during both static and dynamic tasks while wearing the device and had an average ROM of 115°±8°. Future work will explore other applications of the IPS and extend the approach to assisting multiple joints.
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