論文の概要: Fabric Pneumatic Artificial Muscle-Based Head-Neck Exosuit: Design, Modeling, and Evaluation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13531v1
• Date: Fri, 13 Mar 2026 19:10:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-28 17:44:57.669188
• Title: Fabric Pneumatic Artificial Muscle-Based Head-Neck Exosuit: Design, Modeling, and Evaluation
• Title（参考訳）: 人工筋肉を用いた人工頭頸部外反スーツの設計, モデル化, 評価
• Authors: Katalin Schäffer, Ian Bales, Haohan Zhang, Margaret McGuinness,
• Abstract要約: 頭頸部支持のための空気圧人工筋肉を用いたエキソスーツの設計法を提案する。 首に沿って圧縮力を導入する。 テストダミーとヒトユーザによるデモでは,エクソスーツが機能的頭部支持と軌道追跡を実現できることが確認された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1199585259018459
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Wearable exosuits assist human movement in tasks ranging from rehabilitation to daily activities; specifically, head-neck support is necessary for patients with certain neurological disorders. Rigid-link exoskeletons have shown to enable head-neck mobility compared to static braces, but their bulkiness and restrictive structure inspire designs using "soft" actuation methods. In this paper, we propose a fabric pneumatic artificial muscle-based exosuit design for head-neck support. We describe the design of our prototype and physics-based model, enabling us to derive actuator pressures required to compensate for gravitational load. Our modeled range of motion and workspace analysis indicate that the limited actuator lengths impose slight limitations (83% workspace coverage), and gravity compensation imposes a more significant limitation (43% workspace coverage). We introduce compression force along the neck as a novel, potentially comfort-related metric. We further apply our model to compare the torque output of various actuator placement configurations, allowing us to select a design with stability in lateral deviation and high axial rotation torques. The model correctly predicts trends in measured data where wrapping the actuators around the neck is not a significant factor. Our test dummy and human user demonstration confirm that the exosuit can provide functional head support and trajectory tracking, underscoring the potential of artificial muscle-based soft actuation for head-neck mobility assistance.
• Abstract（参考訳）: ウェアラブルなエクソスーツは、リハビリテーションから日々の活動まで、人間の運動を支援する。 剛体リンクエキソスケトンは、静的ブレースと比較してヘッドネックの移動を可能にすることが示されているが、そのバルク性や制限的な構造は「ソフト」アクチュエーター法を用いて設計を刺激している。 本稿では,頭頸部支持のための空気圧人工筋肉を用いたエクソスーツの設計を提案する。 試作機と物理モデルの設計について述べることにより,重力負荷を補償するために必要なアクチュエータ圧力を導出することができる。 モデル化された動作範囲とワークスペース分析により,限られたアクチュエータの長さはわずかな制限(83%のワークスペースカバレッジ)を課し,重力補償はより大きな制限(43%のワークスペースカバレッジ)を課すことが示された。 首に沿って圧縮力を導入する。 さらに, 各種アクチュエータ配置構成のトルク出力を比較し, 横方向偏差と高軸回転トルクの安定性を考慮した設計を選択する。 このモデルは、首にアクチュエータを巻くことが重要な要因ではない測定データの傾向を正確に予測する。 テストダミーとヒトユーザによるデモでは,エクソスーツが機能的頭部支持と軌道追跡を可能としており,頭部移動支援のための人工筋肉ベースのソフトアクティベーションの可能性が強調されている。

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