A cable-driven elbow exoskeleton with variable stiffness actuator for upper limb rehabilitation

外骨骼 肘部 执行机构 刚度 工作区 控制理论(社会学) 工程类 物理医学与康复 计算机科学 模拟 结构工程 机器人 医学 人工智能 解剖 控制(管理)
作者
Lei Yang,Fuhai Zhang,Yili Fu
出处
期刊:Robotica [Cambridge University Press]
卷期号:: 1-18
标识
DOI:10.1017/s026357472400211x
摘要

Abstract Elbow, with complex physiological structure, plays an important role in upper limb motion which can be assisted with exoskeleton in rehabilitation. However, the stiffness of elbow changes while training which decline the comfort and effect of rehabilitation. Moreover, the rotation axis of elbow is changing which will cause secondary injuries. In this paper, we design an elbow exoskeleton with a variable stiffness actuator and a deviation compensation unit to assist elbow rehabilitation. Firstly, we design a variable stiffness actuator by symmetric actuation principle to adapt the change of elbow stiffness. The parameters of the variable stiffness actuator are optimized by motion simulation. Next, we design a deviation compensation unit to follow the rotation axis deviation outside the horizontal plane. The compensation area is simulated to cover the deviation. Finally, simulation and experiments are carried out to show the performance of our elbow exoskeleton. The workspace can meet the need of daily elbow motion while the variable stiffness actuator can adjust the exoskeleton stiffness as expectation.

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