機械式外骨格の重量と慣性により、着用者に作用する衝撃力は急激に変化する。 このような力は、外骨格が着用者の身体にしっかりと接着されている場合、避けられないことが多い。 これらの問題は、外骨格の快適性や携帯性を低下させるだけでなく、装着者のエネルギーコストも増加させる。
ハルビン工業大学-ロボット技術およびシステム国家重点実験室は、定力サスペンション構造と適応型フレックスジョイントを備えた新しい機械式外骨格構造を提案しました。
ヒト下肢に装着する機械的外骨格構造および定荷重懸架構造
定荷重サスペンション構造は、外骨格の余分な重量が着用者に与える影響を軽減するように設計されています。 時速5kmと9kmの速度で、定力構造外骨格を装着した人体では、装着していない場合と比較して、それぞれ10.95/4.40%と1.71/4.54%の純代謝量の減少が得られ、装着者の移動性を効果的に補助できることが示された。
アダプティブフレックスジョイントは、外骨格と装着者の間のズレを軽減するために設計されています。 膝継手の外骨格部分には、外骨格が常に身体と同調し、ICR（身体と外骨格の瞬間回転中心）を正確に形成するために、自動調整可能なローラーを設計しています。 股関節外骨格については、立位とそれ以外の姿勢を区別して、異なる動作モードを採用し、ICRを作成しています。
HUT研究所では、適応型屈曲関節の実現性を検証するために、NOKOVモーションキャプチャ技術を用いた実機検証を行いました。 8台のNOKOV MARSシリーズカメラを用いて、外骨格を装着した場合と装着していない場合の人体動作データを取得した。 実験の結果、機械式外骨格と人体との間のミスアライメントは最小で許容範囲内であり、人間の歩行への副作用はほとんど無視できることがわかった。
参考文献。H. Li, D. Sui, H. Ju, Y. An, J. Zhao and Y. Zhu, "Mechanical Compliance and Dynamic Load Isolation Design of Lower Limb Exoskeleton for Locomotion Assistance," in IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2022, doi: 10.1109/TMECH.2022.3181261.
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