Der Hauptzweck von leichten synthetischen Seilen in einem Knöchelexoskelett besteht darin, eine effiziente Drehmomentübertragung über das Sprunggelenk zu ermöglichen und gleichzeitig die Masse des Geräts erheblich zu reduzieren. Durch die Verbindung des Fersenbereichs mit dem Bowdenzugsystem nutzen diese Seile das Hebelprinzip, um mechanischen Zug in Unterstützung umzuwandeln, ohne die Last schwerer, starrer Verbindungen.
Durch die Balance von hoher Zugfestigkeit und geringem Gewicht lösen synthetische Seile die kritische technische Herausforderung, eine dauerhafte strukturelle Unterstützung zu bieten, die den Benutzer bei der Bewegung nicht belastet.
Mechanik der Drehmomentübertragung
Das Hebelprinzip
Die Seile sind strategisch an der Ferse angebracht, um einen mechanischen Vorteil zu erzielen. Durch das Ziehen an der Ferse nutzt das System das Hebelprinzip, um effektiv Drehmoment über das Sprunggelenkzentrum zu übertragen. Dies wandelt lineare Kraft in die Rotationsbewegung um, die für die Unterstützung beim Gehen erforderlich ist.
Integration mit Bowdenzügen
Diese Seile fungieren als Endverbindung des Bowdenzugsystems. Sie übersetzen die vom Aktuator erzeugte und durch die Kabel geleitete Kraft in direkte Aktion an der Ferse und gewährleisten so eine nahtlose Energieübertragung.
Warum die Materialwahl wichtig ist
Minimierung des Stoffwechselaufwands
Ein schweres Exoskelett kann die Energie erhöhen, die ein Benutzer nur zum Tragen aufwendet. Synthetische Seile werden speziell verwendet, um das Gesamtgewicht des Systems im Vergleich zu Metallstäben oder Zahnrädern zu reduzieren. Dieses leichte Design hilft, die metabolische Belastung für den Träger zu minimieren.
Gewährleistung der strukturellen Zuverlässigkeit
Trotz ihres geringen Gewichts werden diese Materialien aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit ausgewählt. Gehen erzeugt häufige und intensive Zugbelastungen; die Seile müssen diese wiederholten Hochlastzyklen aushalten, um sicherzustellen, dass das Gerät strukturell zuverlässig und sicher bleibt.
Verständnis der Kompromisse
Abhängigkeit von der Spannung
Im Gegensatz zu starren Komponenten können Seile nur dann Kraft übertragen, wenn sie gezogen werden. Das System ist für den Betrieb vollständig auf Zugspannung angewiesen, was bedeutet, dass es für aktive Unterstützung während bestimmter Gangphasen (wie dem Abstoßen) wirksam ist, aber keine Unterstützung gegen Druckkräfte bietet.
Haltbarkeit unter Belastung
Während die Referenz "strukturelle Zuverlässigkeit" hervorhebt, impliziert die Abhängigkeit von Seilen ein bestimmtes Verschlechterungsprofil. Da sie intensiver und häufiger Belastung ausgesetzt sind, hängt die Langlebigkeit des Systems vollständig von der Widerstandsfähigkeit des Seils gegen Dehnung oder Reißen unter Spitzenlasten ab.
Die richtige Wahl für Ihr Design treffen
Berücksichtigen Sie bei der Bewertung des Übertragungssystems eines tragbaren Roboters, wie die Komponenten Leistung und Benutzerfreundlichkeit ausbalancieren.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Benutzeragilität liegt: Priorisieren Sie leichte synthetische Materialien, um die Trägheit und die Ermüdung des Trägers zu reduzieren.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Kraftübertragung liegt: Stellen Sie sicher, dass das gewählte Material über eine ausreichende Zugfestigkeit verfügt, um die Spitzen-Drehmomentanforderungen des Hebelsystems ohne Ausfall zu bewältigen.
Das ideale Design nutzt die Flexibilität von synthetischen Seilen, um eine robuste Unterstützung zu bieten, die sich für den Benutzer fast gewichtslos anfühlt.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Vorteil im Knöchelexoskelett |
|---|---|
| Material | Leichtes synthetisches Seil |
| Mechanisches Prinzip | Hebelprinzip (Drehmomentübertragung) |
| Hauptvorteil | Reduzierte Masse & Geringerer Stoffwechselaufwand |
| Kraftart | Hohe Zugfestigkeit (nur Zug) |
| Hauptziel | Effiziente Energieübertragung beim Abstoßen während des Gehens |
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Referenzen
- Wei Wang, Jingtai Liu. Improving Walking Economy With an Ankle Exoskeleton Prior to Human-in-the-Loop Optimization. DOI: 10.3389/fnbot.2021.797147
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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