Leichtgewichtiger Handgelenksexoanzug mit pneumatischen Künstlichen Muskeln aus Gewebe zur Bewegungsunterstützung

Concetti Chiave

Ein neuartiger, leichtgewichtiger Handgelenksexoanzug mit pneumatischen Künstlichen Muskeln aus Gewebe kann den Handgelenkbereich in Beugung/Streckung und Ulnar-/Radialabduktion bewegen und dabei hohe Drehmomente erzeugen.

Sintesi

Der Artikel präsentiert einen neuartigen, leichtgewichtigen Handgelenksexoanzug, der mit vier pneumatischen Künstlichen Muskeln aus Gewebe (fPAMs) angetrieben wird. Der Exoanzug kann die Bewegungen des Handgelenks in Beugung/Streckung und Ulnar-/Radialabduktion unterstützen und dabei hohe Drehmomente von bis zu 3,3 Nm erzeugen.
Der Autor leitet ein geometrisches 2D-Modell ab, um das vom Exoanzug erzeugte Drehmoment zu berechnen. Dieses Modell wird dann verwendet, um die Positionierung der Befestigungspunkte der fPAMs zu optimieren, um möglichst nah an das maximale biologische Drehmoment des Handgelenks heranzukommen. Die Genauigkeit des Modells wird durch Messungen des tatsächlichen Exoanzug-Drehmoments über den gesamten Bewegungsbereich des Handgelenks validiert.
Darüber hinaus werden die biologischen und vom Exoanzug unterstützten Bewegungsbereiche des Handgelenks gemessen und verglichen. Schließlich wird die Steuerung des passiven menschlichen Handgelenks durch den Exoanzug in Ein- und Zwei-Freiheitsgrad-Trajektorien demonstriert.

Statistiche

Der Exoanzug hat ein Gewicht von 160 g.
Der Exoanzug kann ein Spitzendrehmoment von 3,3 Nm in der Beugung erzeugen (bei 103 kPa Druck).
Der Bewegungsbereich des Exoanzugs beträgt 45° Beugung und 39° Streckung sowie 27° Ulnar- und 16° Radialabduktion.

Citazioni

"Verglichen mit anderen pneumatisch angetriebenen Handgelenksexoanzügen zeichnet sich der präsentierte Exoanzug durch sein geringes Gewicht und seine Stärke aus, hat aber einen begrenzten Bewegungsbereich."

Approfondimenti chiave tratti da

Soft Wrist Exosuit Actuated by Fabric Pneumatic Artificial Muscles

by Kata... alle arxiv.org 04-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2310.17861.pdf

Domande più approfondite

Wie könnte der Bewegungsbereich des Exoanzugs erweitert werden, ohne die Leichtbauweise und Tragfähigkeit zu beeinträchtigen?

Um den Bewegungsbereich des Exoanzugs zu erweitern, ohne die Leichtbauweise und Tragfähigkeit zu beeinträchtigen, könnten folgende Ansätze verfolgt werden:

Optimierung der Aktuatoren: Durch die Verwendung von leistungsstärkeren oder effizienteren Aktuatoren könnten größere Bewegungsbereiche abgedeckt werden, ohne die Leichtbauweise zu beeinträchtigen. Dies könnte beispielsweise die Verwendung von fortschrittlicheren pneumatischen künstlichen Muskeln oder anderen leichten, aber leistungsstarken Aktuatoren umfassen.

Intelligente Platzierung der Aktuatoren: Durch eine optimierte Platzierung der Aktuatoren an strategischen Stellen entlang des Arms könnte der Bewegungsbereich erweitert werden, ohne die Tragfähigkeit zu beeinträchtigen. Dies erfordert eine genaue Analyse der biomechanischen Anforderungen und eine präzise Positionierung der Aktuatoren.

Modularer Aufbau: Ein modularer Ansatz könnte es ermöglichen, zusätzliche Aktuatoren oder Gelenke hinzuzufügen, um den Bewegungsbereich zu erweitern, während die Leichtbauweise beibehalten wird. Durch den Einsatz von austauschbaren Modulen könnte die Funktionalität des Exoanzugs flexibel angepasst werden.

Welche zusätzlichen Funktionen oder Anwendungen könnten durch eine Erweiterung des Exoanzugs auf weitere Gelenke des Oberarms ermöglicht werden?

Durch eine Erweiterung des Exoanzugs auf weitere Gelenke des Oberarms könnten folgende zusätzliche Funktionen oder Anwendungen ermöglicht werden:

Ganzkörperunterstützung: Durch die Integration von Gelenken des Oberarms könnte der Exoanzug eine umfassendere Unterstützung des gesamten Arms und der Schulter bieten, was insbesondere für Rehabilitation und körperlich anspruchsvolle Aufgaben von Vorteil wäre.

Feinmotorische Kontrolle: Mit zusätzlichen Gelenken könnten feinmotorische Bewegungen und präzise Handlungen unterstützt werden, was den Anwendungsbereich des Exoanzugs auf Bereiche wie Chirurgie, Feinmechanik oder Präzisionsarbeiten erweitern würde.

Erweiterte Bewegungsmuster: Die Integration weiterer Gelenke des Oberarms könnte es ermöglichen, komplexere Bewegungsmuster und Aktivitäten auszuführen, was den Exoanzug für verschiedene Anwendungen in der Industrie, Medizin oder Rehabilitation vielseitiger machen würde.

Inwiefern könnte der Einsatz von pneumatischen Künstlichen Muskeln aus Gewebe in anderen Bereichen der Robotik oder Medizintechnik von Interesse sein?

Der Einsatz von pneumatischen künstlichen Muskeln aus Gewebe könnte in anderen Bereichen der Robotik oder Medizintechnik von großem Interesse sein aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Vorteile:

Leichtbauweise und Flexibilität: Pneumatische künstliche Muskeln aus Gewebe sind leicht, flexibel und können sich an verschiedene Formen anpassen, was sie ideal für Anwendungen in der Robotik macht, bei denen Leichtbau und Flexibilität gefragt sind.

Sicherheit und Nachgiebigkeit: Diese Art von Aktuatoren ist intrinsisch sicher und nachgiebig, was sie für den Einsatz in der Medizintechnik, insbesondere in der Rehabilitation und Prothetik, geeignet macht, da sie eine geringere Verletzungsgefahr für den Anwender bieten.

Einfache Steuerung und Anwendung: Pneumatische künstliche Muskeln aus Gewebe sind relativ einfach zu steuern und können vielseitig eingesetzt werden, was ihr Potenzial für verschiedene Anwendungen in der Robotik und Medizintechnik erhöht.

Durch die Weiterentwicklung und Anpassung dieser Aktuatoren könnten sie in Zukunft eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen der Robotik und Medizintechnik spielen.