A preliminary investigation into the design of pressure cushions and their potential applications for forearm robotic orthoses
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Load cells are often used in rehabilitation robotics to monitor human-robot interaction. While load cells are accurate and suitable for the stationary end-point robots used in rehabilitation hospitals, their cost and inability to conform to the shape of the body hinder their application in developing affordable and wearable robotic orthoses for assisting individuals in the activities of daily living. This exploratory work investigates the possibility of using an alternative technology, namely compliant polymeric air cushions, to measure interaction forces between the user and a wearable rigid structure. METHODS: A polymeric air cushion was designed, analyzed using a finite element model (FEM), and tested using a bench-top characterization system. The cushions underwent repeatability testing, and signal delay testing from a step response while increasing the length of the cushion's tubes. Subsequently, a 3D printed wrist brace prototype was integrated with six polymeric air cushions and tested in static conditions where a volunteer exerted isometric pronation/supination torque and forces in vertical and horizontal directions. The load measured by integrating data recorded by the six sensors was compared with force data measured by a high quality load cell and torque sensor. RESULTS: The FEM and experimental data comparison was within the error bounds of the external differential pressure sensor used to monitor the pressure inside the cushion. The ratio obtained experimentally between the pressure inside the pressure cushion and the 8 N applied load deviated by only 1.28% from the FEM. A drift smaller than 1% was observed over 10 cycles. The rise times of the cushion under an 8 N step response for a 0.46, 1.03, and 2.02 m length tube was 0.45, 0.39, and 0.37 s. Tests with the wrist brace showed a moderate root mean square error (RMSE) between the force estimated by the pressure cushions and the external load cells. Specifically, the RMSE was 13 mNm, 500 mN, and 1.24 N for forearm pronation/supination torque, vertical force, and horizontal force, respectively. CONCLUSIONS: The use of compliant pressure cushions was shown to be promising for monitoring interaction forces between the forearm and a rigid brace. This work lays the foundation for the future design of an array of pressure cushions for robotic orthoses. Future research should also investigate the compatibility of these polymeric cushions for data acquisition during functional magnetic resonance imaging in shielded rooms.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».