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IEEE ... International Conference on Rehabilitation Robotics : [proceedings]2019Jun01Vol.2019issue()

リハビリテーションロボットエクソスケルトンのための代替アクチュエータとしての市販の積み上げ誘電エラストマーのベンチマーク

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文献タイプ:
  • Journal Article
  • Research Support, N.I.H., Extramural
  • Research Support, Non-U.S. Gov't
概要
Abstract

積み重ねられた誘電体エラストマーアクチュエータ(SDEA)の最近の商業的利用可能性は、リハビリテーションロボットおよび駆動型エキソ骨格装置のための「人工筋肉」としての使用の可能性を開きました。CTSystemsによって作られたこのアクチュエータ(CT_SDEA)は、柔らかい材料で作られており、従来のリハビリテーションロボットシステムで使用されるDCモーターアクチュエーターに軽量で音響的にノイズレスな代替品を提供します。現在の作業の目的は、CT-SDEAの電気機械的特性をベンチマークして、リハビリテーションロボットを機械化する能力と制限を評価することでした。この研究でテストされたCT-SDEASは、21 MSの電気測定遅延を示し、計算されたひずみ速度は660%/sでした。21.74 Nの力を生成し、426 w/kgの出力と質量比を持つことができました。それらの縦株は3.3%で測定されました。さらに、それらの定常状態の電流消費量は39 $ \ MU $ A.さらに、それらの力生成能力、高速応答、高質量対質量比、および低安定状態の消費電力により、外骨格アプリケーションの強力な候補となります。ただし、縦方向の株(3.3%)でしたが、骨格筋の株よりも少なかった(20%)。アプリケーションに応じて、それらの使用は、変位変換に力を与えるために、機械的リンケージの追加が必要になる場合があります。

積み重ねられた誘電体エラストマーアクチュエータ(SDEA)の最近の商業的利用可能性は、リハビリテーションロボットおよび駆動型エキソ骨格装置のための「人工筋肉」としての使用の可能性を開きました。CTSystemsによって作られたこのアクチュエータ(CT_SDEA)は、柔らかい材料で作られており、従来のリハビリテーションロボットシステムで使用されるDCモーターアクチュエーターに軽量で音響的にノイズレスな代替品を提供します。現在の作業の目的は、CT-SDEAの電気機械的特性をベンチマークして、リハビリテーションロボットを機械化する能力と制限を評価することでした。この研究でテストされたCT-SDEASは、21 MSの電気測定遅延を示し、計算されたひずみ速度は660%/sでした。21.74 Nの力を生成し、426 w/kgの出力と質量比を持つことができました。それらの縦株は3.3%で測定されました。さらに、それらの定常状態の電流消費量は39 $ \ MU $ A.さらに、それらの力生成能力、高速応答、高質量対質量比、および低安定状態の消費電力により、外骨格アプリケーションの強力な候補となります。ただし、縦方向の株(3.3%)でしたが、骨格筋の株よりも少なかった(20%)。アプリケーションに応じて、それらの使用は、変位変換に力を与えるために、機械的リンケージの追加が必要になる場合があります。

Recent commercial availability of a stacked dielectric elastomer actuator (SDEA) has opened up possibilities of their use as "artificial muscles" for rehabilitation robots and powered exoskeleton devices. Made by CTsystems, this actuator (CT_SDEA) is made from soft materials, and offers a lightweight and acoustically noiseless alternative to DC motor actuators used in conventional rehabilitation robotic systems. The purpose of the present work was to benchmark the electromechanical properties of CT-SDEAs to assess its capabilities and limitations for mechanizing rehabilitation robots. The CT-SDEAs tested in this study showed 21 ms electrometrical delay, and their calculated strain-rate was 660 %/s. They could generate 21.74 N of force and have a 426 W/kg power-to-mass ratio. Their longitudinal strain was measured at 3.3%. Additionally, their steady state current consumption was measured 39 $\mu$ A. CT-SDEAs' fast response, short electromechanical delay and high strain-rate, make them highly suitable for closed-loop control. Additionally, their force generation capability, fast response, high power-to-mass ratio, and low steady state power consumption make them a strong candidates for exoskeleton applications. It's longitudinal strain (3.3%) however, was less than that of skeletal muscle (20%). Depending on the application, their use may require the addition of mechanical linkages, for force to displacement conversion.

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