在软体机器人外骨骼工程中，界面决定了系统的功效。 功能性纺织品锚固装置，如小腿束带和半刚性鞋垫，充当了机器人硬件与人类穿戴者之间的关键机械桥梁。它们的主要作用是作为张力传输的锚定点，确保系统产生的力有效地施加到身体上。
有效的软体机器人外骨骼需要能量从机器无缝转移到人体。这些纺织品锚固件旨在将辅助载荷均匀地分布在肢体上，增强关节扭矩，同时保持穿戴者自然的运动范围。
力传输的力学原理
作为主要界面
软体机器人领域的基本工程挑战在于如何在没有刚性框架的情况下传递力。锚固装置通过充当基本机械界面来解决这个问题。
它们将执行器（机器人的“肌肉”）连接到用户的骨骼结构。没有这些锚固件，系统就没有稳定的支点可以拉动或推动。
分布辅助载荷
将力集中在软组织的小区域可能会导致疼痛或受伤。这些装置经过专门设计，可将辅助载荷均匀分布在肢体表面。
这种分布可以防止压力点，并确保力广泛施加，使辅助在长时间内舒适且可持续。
与人体生理学的相互作用
并行增强扭矩
这些装置旨在与身体的肌肉并行工作，特别是针对瘫痪或虚弱的区域。
通过模仿生物肌肉路径，锚固件使外骨骼能够产生额外的关节扭矩。这补充了用户的残余力量，而不是完全取代它。
保持自然的运动范围
软体机器人外骨骼的一个关键区别在于其灵活性。锚固装置的构造旨在提供支撑，而不会形成刚性笼。
它们允许用户保持自然的运动范围，确保机器人辅助在非辅助运动中不会无意中限制关节自由度。
理解权衡
灵活性与稳定性的平衡
虽然这些装置与刚性系统相比提供了卓越的舒适度，但它们面临一个特定挑战：张力管理。
由于它们是基于纺织品的，因此它们必须足够紧以传递力而不滑动，但又足够松以避免阻碍血液循环或引起皮肤擦伤。
依赖于贴合度
载荷分布的有效性完全取决于锚固件的贴合度。
如果装置不能完美地贴合肢体，载荷的“均匀分布”就会失败，可能导致在张力状态下扭矩传递效率低下或不适。
为您的设计做出正确选择
为了最大化软体机器人外骨骼的有效性，您必须将锚固策略与用户的具体需求相结合。
- 如果您的主要重点是康复： 优先选择与瘫痪肌肉群精确对齐的锚固件，以有效地补充关节扭矩。
- 如果您的主要重点是用户活动能力： 确保纺织品设计最大限度地减少体积和刚性，以充分保持关节的自然运动范围。
软体机器人外骨骼的成功最终取决于纺织品锚固件将机械力转化为生物运动的程度。
摘要表：
| 特征 | 在软体机器人外骨骼中的功能 | 用户收益 |
|---|---|---|
| 张力锚固 | 作为执行器的机械界面 | 确保稳定有效的力应用 |
| 载荷分布 | 将辅助载荷分布在肢体表面 | 防止压力点和皮肤刺激 |
| 扭矩增强 | 与生物肌肉并行工作 | 增强虚弱或瘫痪肢体的关节力量 |
| 纺织品灵活性 | 非刚性构造材料 | 保持穿戴者自然的运动范围 |
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参考文献
- Lizeth H. Sloot, Conor J. Walsh. Effects of a soft robotic exosuit on the quality and speed of overground walking depends on walking ability after stroke. DOI: 10.1186/s12984-023-01231-7
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
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