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外骨格arXiv:2609.25639

ベンチ/バックパック両対応の再構成可能な双方向ケーブル駆動股関節外骨格

A Reconfigurable Bidirectional Cable-Driven Hip Exoskeleton with Swappable Bench/Backpack Dual-configuration Actuation

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ベンチ据置型とバックパック型のアクチュエーションを素早く切り替えられる、共通の装着インターフェースを持つケーブル駆動股関節外骨格を開発し、動作追従性と歩行データ収集を検証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 再構成可能な双方向ケーブル駆動型股関節外骨格プラットフォーム - bench-mountedとbackpack-mountedのアクチュエーションを迅速に切り替え可能 - ケーブルフリーのウェアラブル股関節インタフェースを共有 - 各ケーブル駆動エンドエフェクタは0.405 kg(ケーブルとアクチュエーションユニットを除く) - encoderとtorque sensorを統合 - bench-mountedではadmittance-based motion tracking、backpack-mountedではopen-loop torque trackingを検証 - 健常者3名による実験でmyoMOTIONを用いてウェアラブル側の股関節運動センシング能力を評価 - 30回の試行でbench-to-backpackおよびbackpack-to-benchのmotion-ready switchingを30.1±16.3秒で確認 - 小規模なマルチモーダルウェアラブル外骨格歩行データセットを構築(bench-mountedトレッドミル8分、backpack-mounted屋外歩行…

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の股関節外骨格は、実験室リハビリテーション評価とモバイルアシスタンスで別々のシステムが必要だった - 本研究では、単一の再利用可能なプラットフォームで両方の機能を統合 - ウェアラブル構造、アクチュエーションインタフェース、センシングパスを統一 - 同じ股関節外骨格をbench-mountedとbackpack-mountedの両構成で検証可能 - 反復開発とシナリオ横断的なアプリケーションに再利用可能なハードウェアを提供

3. 技術・手法の肝は?

- 再構成可能な双方向ケーブル駆動型股関節外骨格 - bench-mountedとbackpack-mountedのアクチュエーションを迅速に切り替え - ケーブルフリーのウェアラブル股関節インタフェースを共有 - アクチュエーション構成、エンドエフェクタセンシングパス、低レベル制御インタフェースをモジュール式に適応 - 各ケーブル駆動エンドエフェクタはencoderとtorque sensorを統合 - bench-mountedではadmittance-based motion tracking、backpack-mountedではopen-loop torque trackingを実装

4. どうやって有効だと検証した?

- bench-mountedでのadmittance-based motion tracking能力を実験で検証 - backpack-mountedでのopen-loop torque trackingを検証 - 健常者3名による人間装着実験でmyoMOTIONを用いてウェアラブル側の股関節運動センシング能力を評価 - 30回の試行でbench-to-backpackおよびbackpack-to-benchのmotion-ready switchingを30.1±16.3秒で確認 - 小規模なマルチモーダルウェアラブル外骨格歩行データセットを構築(bench-mountedトレッドミル8分、backpack-mounted屋外歩行11分)し、センシング検証とデータ駆動型アルゴリズム開発に使用

5. 議論はある?

- 要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない - 同分野の定番として、hip exoskeleton、cable-driven actuation、admittance control、torque tracking、wearable sensing、gait datasetに関する論文が考えられる

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: YuanLong Ji, Shuhan Xiang, Qihan Ye, Xingbang Yang

分類: cs.RO, eess.SY

原文アブストラクト

Hip exoskeletons provide an important hardware basis for lower-limb rehabilitation and locomotor assistance. Laboratory rehabilitation assessment and system development require substantial actuation and computing resources, whereas mobile assistance requires untethered portability. Integrating both capabilities within one reusable platform remains a central design challenge. This paper presents a reconfigurable bidirectional cable-driven hip exoskeleton platform that rapidly switches between bench-mounted and backpack-mounted actuation while sharing one cable-free wearable hip interface. The platform modularly adapts the actuation configuration, end-effector sensing path, and low-level control interface. Each cable-driven end-effector weighs 0.405 kg, excluding the cable and actuation unit, and integrates an encoder and a torque sensor; experiments validated bench-mounted admittance-based motion tracking capability and backpack-mounted open-loop torque tracking. Human-worn experiments with three healthy participants used myoMOTION to evaluate the platform's wearable-side hip-motion sensing capability, verified bench-to-backpack and backpack-to-bench motion-ready switching across 30 trials in $30.1\pm16.3$ s, and formed a small-scale multimodal wearable-exoskeleton gait dataset for sensing validation and data-driven algorithm development, comprising 8 min bench-mounted treadmill records and 11 min backpack-mounted outdoor walking records. These results show that, by unifying the wearable structure, actuation interface, and sensing path, the proposed platform enables validation of the same hip exoskeleton in both bench-mounted and backpack-mounted configurations, providing reusable hardware for iterative development and applications across scenarios.

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PR本紙発行元 EmplifAI