Design, Modeling and Evaluation of Lattice Structure Pneumatic Actuators (LSPAs) for Soft Wrist Rehabilitation Robot

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作者
Jianwei Lai,Aiguo Song,Ye Lu,Peng Wu,Wenbin Zhang,Ye Li,Jiajin Wang,Ting Wu,Xiangshan Wei,Hongxing Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73 (2): 579-590 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tbme.2025.3588902
摘要

Soft robots have gained recognition as promising solutions in rehabilitation robotics due to their intrinsic flexibility and safety features. However, they often encounter challenges related to output efficiency and portability. This paper presents the design, modeling, and evaluation of an innovative wrist rehabilitation robot that employs two double-layer lattice structure pneumatic actuators (DLSPAs) to enhance efficiency. Key parameters of these DLSPAs are optimized through a mathematical model, with calibration experiments indicating that the discrepancy between actual and predicted values remains within 4% of the DLSPAs' maximum output force, thereby validating the model's accuracy. Furthermore, the DLSPAs achieve an end output force of 27.02 N, marking a 156% increase compared to single-layer lattice structure pneumatic actuators (SLSPAs) and underscoring the structural advantages of the design. To evaluate the clinical efficacy of the wrist rehabilitation robot, trials were conducted with 8 individuals post-stroke. Results demonstrate that, with robotic assistance, participants' lifting force reached 4.85 N and 5.11 N in dorsal extension and palmar flexion, respectively, with corresponding angular movements of 36.40° and 38.36°. These findings suggest that the lattice-structured soft wrist rehabilitation robot offers substantial potential for effective assisted rehabilitation training.
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