論文の概要: Design and Control of a Cable-Driven Switchable Actuator with Torque/Tension Dual Modes for Exoskeletons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.23487v1
- Date: Sun, 20 Sep 2026 09:20:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-24 16:39:31.022225
- Title: Design and Control of a Cable-Driven Switchable Actuator with Torque/Tension Dual Modes for Exoskeletons
- Title（参考訳）: 外骨格用トルク/テンションデュアルモードケーブル駆動スイッチタブルアクチュエータの設計と制御
- Abstract要約: この文字はケーブル駆動の切換可能なアクチュエータ(CDSA)で、トルクとテンションモードを素早く切り替えることができる。
遠位インスツルメンテーションの必要をなくすため、マルチソース近位センサーはデータ駆動型融合モデルと統合される。
実験では、関節トルクと線形牽引の両方の応用モードにおいて、システムの制御可能な力の生成を検証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.197015296498764
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Existing wearable exoskeleton architectures are typically constrained by a single mechanical output modality, providing either joint torque around an anatomical joint or linear traction along a limb-training-oriented direction, which limits adaptability to diverse training scenarios. This letter presents a cable-driven switchable actuator (CDSA) that can rapidly switch between torque and tension modes while centralizing all sensing and actuation components at the proximal drive unit. A Coupled Movable Pulley Mechanism (CMPM) provides tension amplification at the distal end-effector, while a bidirectional Cable-Driven Ratchet Mechanism (CDRM) enables mode switching and preload regulation. To eliminate the need for distal instrumentation, multi-source proximal sensors are integrated with a data-driven fusion model to estimate distal output forces. An adaptive dual-mode force control strategy based on iterative learning control (ILC) is further developed. Platform experiments demonstrate transmission efficiencies of $(92.4 \pm 2.0)\%$ and $(96.5 \pm 3.3)\%$ in the torque and tension modes, respectively, along with a tension amplification ratio of $2.77 \pm 0.10$ under tension mode. Tracking tests on simulated knee-joint gait trajectories and short-stroke tension profiles yield stable control, with RMSEs of $(4.52 \pm 0.51)\%$ and $(3.15 \pm 0.19)\%$ of the uncontrolled peak value, respectively. Finally, seated human-coupled experiments validate the system's controllable force generation in both joint-torque and linear-traction application modes.
- Abstract（参考訳）: 既存のウェアラブルエクソスケルトンアーキテクチャは、通常、単一の機械的出力モダリティによって制約され、解剖学的関節の周囲に関節トルクを与えるか、手足トレーニング指向の方向に沿って直線的な牽引を与える。
本発明の文字は、ケーブル駆動切換式アクチュエータ(CDSA)で、トルクとテンションモードを迅速に切り替えることができ、かつ、近接駆動ユニットにおける全てのセンサおよびアクチュエータを集中化することができる。
Coupled Movable Pulley Mechanism (CMPM) は遠位端エフェクターでテンションを増幅し、双方向ケーブル駆動型ラチェットメカニズム (CDRM) はモード切替とプリロード制御を可能にする。
遠位インスツルメンテーションの必要をなくすため、マルチソース近位センサをデータ駆動型融合モデルに統合し、遠位出力力を推定する。
反復学習制御(ILC)に基づく適応二モード力制御戦略をさらに発展させる。
プラットフォーム実験では、トルクモードとテンションモードでそれぞれ$(92.4 \pm 2.0)\%$と$(96.5 \pm 3.3)\%$の送信効率と、テンションモードで2.77 \pm 0.10$のテンション増幅比を示す。
模擬膝関節歩行軌跡と短ストロークテンションプロファイルの追跡試験は安定な制御となり、RMSEはそれぞれ、制御されていないピーク値の$(4.52 \pm 0.51)\%$と$(3.15 \pm 0.19)\%$である。
最後に、座る人間結合実験は、関節トルクと線形牽引の両方の応用モードにおいて、システムの制御可能な力の生成を検証する。
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