論文の概要: Design and Characterization of a Dual-DOF Soft Shoulder Exosuit with Volume-Optimized Pneumatic Actuator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.18212v1
• Date: Fri, 20 Feb 2026 13:51:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.595681
• Title: Design and Characterization of a Dual-DOF Soft Shoulder Exosuit with Volume-Optimized Pneumatic Actuator
• Title（参考訳）: 容積最適化空気圧アクチュエータを用いたデュアルDOFソフトハンドエクソスーツの設計と評価
• Authors: Rui Chen, Domenico Chiaradia, Daniele Leonardis, Antonio Frisoli,
• Abstract要約: 2自由度(DOF)軟部肩外装用ポータブル空気圧システムについて検討した。 この研究は、体積最適化スピンドル型角度アクチュエータ(SSAA)によるこれらの制約に対処する。 本研究では, SSAA幾何に基づく湾曲型吸引アクチュエータ (CAA) と, ポーチモータの原理に基づく水平加振アクチュエータ (HAA) を開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.516880783923843
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Portable pneumatic systems for 2 degree-of-freedom (DOF) soft shoulder exosuits remain underexplored, and face fundamental trade-offs between torque output and dynamic response that are further compounded by the need for multiple actuators to support complex shoulder movement. This work addresses these constraints through a volume-optimized spindle-shaped angled actuator (SSAA) geometry: by reducing actuator volume by 35.7% (357mL vs. 555mL), the SSAA maintains 94.2% of output torque while achieving 35.2% faster dynamic response compared to uniform cylindrical designs. Building on the SSAA, we develop a curved abduction actuator (CAA) based on the SSAA geometry and a horizontal adduction actuator (HAA) based on the pouch motor principle, integrating both into a dual-DOF textile-based shoulder exosuit (390 g). The exosuit delivers multi-modal assistance spanning shoulder abduction, flexion, and horizontal adduction, depending on the actuation. User studies with 10 healthy participants reveal that the exosuit substantially reduces electromyographic (EMG) activity across both shoulder abduction and flexion tasks. For abduction with HAA only, the exosuit achieved up to 59% muscle activity reduction across seven muscles. For flexion, both the single-actuator configuration (HAA only) and the dual-actuator configuration (HAA,+,CAA) reduced EMG activity by up to 63.7% compared to no assistance. However, the incremental benefit of adding the CAA to existing HAA support was limited in healthy users during flexion, with statistically significant additional reductions observed only in pectoralis major. These experimental findings characterize actuator contributions in healthy users and provide design guidance for multi-DOF exosuit systems.
• Abstract（参考訳）: 2自由度(DOF)軟式肩関節外装の携帯型空気圧システムはまだ未熟であり、複雑な肩関節運動を支える複数のアクチュエータの必要性により、トルク出力と動的応答の基本的なトレードオフに直面している。 この研究は、体積最適化スピンドル形状の角度アクチュエータ(SSAA)の幾何学によってこれらの制約に対処し、アクチュエータの体積を35.7%減らす(357mL vs. 555mL)ことで、SSAAは出力トルクの94.2%を維持しつつ、均一な円筒形状よりも35.2%高速な動的応答を達成した。 SSAAをベースとして, SSAA形状に基づく湾曲型吸引アクチュエータ (CAA) とポーチモータの原理に基づく水平加振アクチュエータ (HAA) を開発し, 両者を二重DOF繊維系肩部エクソスーツ (390 g) に統合した。 エクソスーツは、肩のゆがみ、屈曲、水平の膨らみにまたがるマルチモーダル補助を提供する。 健常者10名によるユーザスタディでは、エクソスーツは肩の筋電図(EMG)活動を大幅に減少させることが明らかとなった。 HAAのみの誘拐では、エクソスーツは7つの筋肉で最大59%の筋活動低下を達成した。 屈曲では、単アクチュエータ構成(HAAのみ)と二重アクチュエータ構成(HAA、+、CAA)の両方で、援助無しに比べてEMG活性を最大63.7%減少させた。 しかし、既存のHAAサポートにCAAを加えるという漸進的な利点は、屈曲中の健常者では限定的であり、ペクタリスメジャーでのみ統計的に有意な減少が見られた。 これらの実験結果は,健常者におけるアクチュエータの寄与を特徴づけ,多自由度エクソスーツシステムの設計指針を提供するものである。

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