Leren over Koppelkrommen

Introductie

Welkom bij onze verdieping in Koppelkrommen. Het wordt aangeraden om eerst onze pagina 'Kennismaking tot Koppelkrommen' te lezen als je nog niet bekend bent met Koppelkrommen. De onderstaande knop brengt je daar naartoe.

Zoals beschreven op de pagina 'Specificatie van Exoskeletondersteuning', gaan specificaties voor exoskeletondersteuning op de huidige markt over het algemeen niet verder dan het specificeren van een 'tot' waarde, meestal uitgedrukt in 'kg', die allemaal worden gemeten of berekend met verschillende definities. Dit maakt het onmogelijk voor potentiële kopers om ondersteuningsspecificaties tussen verschillende exoskeletten te vergelijken. En het ergste is dat omdat de definities ook niet worden gespecificeerd door fabrikanten, de meeste potentiële kopers niet eens weten dat ze appels met peren vergelijken.

Koppelkrommen specificeren de ondersteuning van het exoskelet over het gehele bereik van buiging van het exoskelet. Hier identificeert Laevo veel verschillen tussen merken en soorten exoskeletten en daarom vinden we het goed om koppelkrommen als standaardspecificatie voor exoskeletten te hebben. Koppelkrommen maken het vergelijken van exoskeletondersteuning duidelijk, zodat het gemakkelijker wordt om het juiste exoskelet voor de toepassing te selecteren.

De onderstaande hoofdstukken geven nog meer informatie en nuttige toepassingen van koppelkrommen. De informatie is van iets gevorderd niveau dan de pagina 'Specificatie van Exoskeletondersteuning', dus maak je klaar om het technische pad op te gaan!

Het is onderverdeeld in de volgende hoofdstukken:

1.    Meten van Koppelkrommen

2.     Interpreteren van Koppelkrommen

3.     Aanpassingen in Koppelkrommen

4.     Energie

5.     Conclusie

1. Meten van Koppelkrommen

Koppelkrommen vormen de kern van het ontwerp van het Laevo-exoskelet: De 'Smart Joints' van Laevo zijn ontworpen om elke gewenste koppelkromme te kunnen genereren, en Laevo heeft zijn koppelkrommen iteratief geoptimaliseerd met veel gebruikers om de meest effectieve en comfortabele ondersteuning te krijgen.

Laevo heeft zijn exoskelet ontworpen om een koppelmoment rond het heupgewricht van de gebruiker te genereren. Dit is een van de redenen waarom de assen van onze ‘Smart Joints‘ zijn uitgelijnd met het heupgewricht van de gebruiker. Hierdoor is het voor ons eenvoudig om de koppelkromme rond het heupgewricht te specificeren. Koppelkrommen kunnen echter ook worden gespecificeerd voor exoskeletten die geen onderdelen naast het heupgewricht hebben, zoals zachte exoskeletten of zogenaamde exo-pakken. Lees hieronder meer over onze opstelling voor het meten van koppelkrommen.

Laevo Koppelkromme meetopstelling

Jaren geleden ontwierp Laevo een exoskelet om een specifieke koppelkromme te genereren, maar heeft het dit ook daadwerkelijk gedaan? Ter verificatie heeft Laevo geïnvesteerd in het ontwerpen en bouwen van een meetopstelling die een eenvoudige buigbeweging rond de heup nabootst. De opstelling is verbonden met onze gekalibreerde universele testmachine, die we al gebruikten voordat Laevo zelfs maar bestond, om conceptuele mechanismen en veren te meten, naast kwaliteitscontroles op specifieke inkomende goederen.

Natuurlijk moet een dergelijke machine gestandaardiseerd zijn om een standaardspecificatie te zijn voor alle exoskeletten, zodat elke fabrikant zijn exoskelet op dezelfde manier kan meten. Laevo weet dat dit geenszins een perfecte weergave is van een buigende mens. Het belangrijkste punt dat we proberen te maken, is dat door gebruik te maken van dit relatief eenvoudige apparaat en een meting die slechts een minuut duurt, je een ondersteuningsspecificatie kunt krijgen die veel meer inzicht geeft in het ondersteuningsgedrag van het exoskelet dan slechts een enkele 'tot' ondersteuningswaarde.

Op de foto’s hieronder zie je de Laevo FLEX in onze koppelkromme-meetopstelling.

Meten van de koppelkromme rond het heupgewricht

Waarom hebben we ervoor gekozen om het koppel rond het heupgewricht te meten? Veel onderzoek naar zwaar tillen richt zich op het onderste gedeelte van de wervelkolom, en om specifieker te zijn, de L5S1-schijf. Dit is de naam van de schijf tussen de twee onderste wervels van onze wervelkolom en is vaak het slachtoffer van mensen met aandoeningen aan de onderrug. Daarom zijn wetenschappers ook geïnteresseerd in ondersteunende koppelwaarden bij de L5S1-schijf. Dus waarom leveren we geen koppelcurves rond L5S1?

Ten eerste heeft een exoskelet een veel groter bewegingsbereik dan alleen de L5S1-schijf. Het meten van de koppelcurve voor het buigbereik van de wervelkolom alleen zou een onvolledig beeld geven van de ondersteuningskenmerken van het exoskelet. Dus voor het meten van de volledige koppelcurve van het exoskelet moet de “meet-paspop” buigen rond het heupgewricht.

Ten tweede zouden we nog steeds het koppel rond de heup kunnen meten en de koppelcurves rond L5S1 kunnen berekenen. Dit zou echter aanvullende antropometrische gegevens vereisen over de locatie van de positie van de L5S1-schijf ten opzichte van het heupgewricht. Niet alleen verschillen deze dimensies tussen mensen wanneer ze recht staan, maar deze dimensies variëren ook tijdens de beweging op basis van de flexibiliteit van de gebruiker en de specifieke houding die de gebruiker kiest. Dus ja, het is mogelijk om een koppelcurve rond L5S1 te berekenen, maar deze curve zal afhankelijk zijn van aanvullende variabelen die verschillen tussen gebruikers, wat ongewenst is voor een standaardspecificatie. Het zou ook een mechanische uitdaging zijn om een meetopstelling te creëren die de locatie van L5S1 relatief ten opzichte van het heupgewricht op een realistische manier tijdens de buiging varieert.

Ten derde zullen mensen in werkelijkheid een combinatie gebruiken van het buigen van hun wervelkolom en het roteren van hun heup ten opzichte van hun benen bij het voorover buigen. Onze testopstelling buigt echter niet zijn wervelkolom tijdens het buigen. Vergelijkbaar met wat werd vermeld in het tweede punt, varieert het buigen van de menselijke wervelkolom tijdens de beweging op basis van de specifieke vorm van de wervelkolom van de gebruiker, de flexibiliteit van de gebruiker en de specifieke houding die de gebruiker kiest. Het rekening houden met het buigen van de wervelkolom zal daarom weer afhankelijk zijn van aanvullende variabelen die verschillen tussen gebruikers, wat ongewenst is voor een standaardspecificatie. Sommige exoskeletten beperken zelfs volledig het buigen van de wervelkolom, wat het ontwerpen van een soort universeel buigen van de wervelkolom tijdens de meting nog complexer maakt.

Daarom denkt Laevo dat het het beste is om het koppel van een rompondersteunend exoskelet puur te meten op basis van een rotatie van de romp rond het heupgewricht ten opzichte van de benen. Niet alleen om minder afhankelijk te zijn van aanvullende variabelen die verschillen tussen gebruikers, maar ook omdat het erg praktisch is. Het vereist geen zeer geavanceerde en moeilijk te bedienen sensoren en machines en de meting kan binnen een minuut worden uitgevoerd. Deze methode sluit geen enkel rompondersteunend exoskelet uit dat we kennen. Voor een select aantal exoskeletten zullen de koppelcurves niet exact overeenkomen met wat een gebruiker zal ervaren bij het gebruik van het exoskelet vanwege een lichte afhankelijkheid van de ondersteuning op de wervelkolomkromming, maar toch zal het veel informatie geven over de algemene ondersteuningskenmerken.

wij zijn niet alleen

Recent ontdekte Laevo het wetenschappelijke artikel 'A Novel Approach to Quantify the Assistive Torque Profiles Generated by Passive Back-Support Exoskeletons’. Net als ons stellen zij voor om koppelcurves te gebruiken om de ondersteuning van het exoskelet te kwantificeren. En ten tweede kwamen de onderzoekers tot dezelfde conclusie om alleen de rotatie van de romp rond het heupgewricht ten opzichte van de benen te gebruiken vanwege de universaliteit en praktische bruikbaarheid. De onderzoekers gebruiken een geautomatiseerde isokinetische dynamometer om koppelcurves van rompondersteunende exoskeletten te genereren. Dit hoogwaardige apparaat zou waarschijnlijk zelfs nog kwalitatievere resultaten opleveren dan met onze zelfgebouwde meetopstelling. Ze hebben zelfs het verschil onderzocht tussen een koppelcurve gegenereerd door een mens en een model en vonden vergelijkbare resultaten.

Het meten van exoskeletten

Our meetopstelling bleek nuttig te zijn bij de verificatie van ons eigen werk, maar bleek ook nuttig te zijn voor exoskeletononderzoek. Laevo-exoskeletten worden vaak gebruikt in onderzoeksprojecten van universiteiten of bedrijven. Onderzoekers vragen al vanaf het begin om exoskelet koppelcurves, en Laevo is altijd een van de weinige (zo niet de enige) fabrikanten geweest die gedetailleerde informatie kon verstrekken over onze exoskeletkoppelcurves. Toen Laevo nauw overeenkomende ontworpen versus gemeten koppelcurve-uitvoer presenteerde, vroegen meerdere onderzoekers onmiddellijk hoe we dit deden, en of de meting van andere rompondersteunende exoskeletten mogelijk zou zijn. Laevo heeft enkele wijzigingen aangebracht in de meetopstelling om de montage van een breder scala aan rompondersteunende exoskeletten mogelijk te maken. Op deze manier heeft Laevo de kans gehad om koppelcurve-metingen van andere merken en typen exoskeletten, inclusief zachte exoskeletten, te faciliteren door onafhankelijke externe onderzoekers.

Alle betrokken onderzoekers waren verheugd eindelijk koppelcurves beschikbaar te hebben voor alle exoskeletten in hun onderzoek en hopen, net als Laevo, dat dit een gestandaardiseerde specificatie zal worden voor alle exoskeletten op de markt.

Bent u nieuwsgierig naar daadwerkelijke metingen van exoskeletkoppelcurves? Laevo heeft een compacte whitepaper geschreven over koppelcurve-metingen met behulp van de Laevo en verschillende andere exoskeletten. Als u nieuw bent op dit gebied, is het misschien een goed idee om deze pagina eerst af te lezen voordat u het witboek leest, zodat u een beter inzicht krijgt in het lezen van koppelcurves en het begrijpen van de resultaten.

2. Interpreteren van Koppelkrommen

Een koppelkromme geeft veel informatie over de ondersteuning van het exoskelet. De volgende hoofdstukken zullen je stap voor stap door het interpreteren van koppelkrommen leiden.

2.1 De vorm van de kromme

De kromme vertelt je bij welke buigingshoek je welke ondersteuningskoppel kunt verwachten. Zoals vermeld op de pagina 'Specificeren van Exoskelet Ondersteuning', zal het exoskelet met de rode curve niet veel ondersteuning bieden bij kleine buighoeken. Voorbeelden zoals een chirurg die zich over de operatietafel buigt, of een fabrieksmedewerker die producten monteert over een transportband op bureauniveau: in deze gevallen zal de groene koppelkromme, met zijn hoge ondersteuning bij lagere buighoeken, de gebruiker veel meer verlichting bieden.

2.2 het buigingsbereik

De voorbeeld koppelkrommen tonen beide een buigingsbereik van 120 graden. Het is belangrijk om te weten dat dit de buighoek van het volledige exoskelet is, dus de hoek tussen de romp en de bovenbenen rond het heupgewricht. Dit is dus de hoeveelheid waarmee de gebruiker zijn romp naar voren buigt ten opzichte van zijn bovenbenen.

Er zijn enkele exoskeletten die een mechanisme hebben dat koppel begint uit te oefenen bij een specifieke buighoek ten opzichte van het verticale vlak of de heuphoek, en niet ten opzichte van de bovenbenen. Echter, nadat dit mechanisme is geactiveerd, zullen deze exoskeletten nog steeds een koppelcurve volgen op basis van de hoek ten opzichte van de benen.

In de onderstaande figuren zie je buighoek B (beta) = a0 - a. Je kunt zien dat na 115 graden buiging van het exoskelet, de voorkant van de borstkas en de voorkant van de bovenbenen elkaar bijna raken. Daarom zou 120 graden buiging van het exoskelet voldoende moeten zijn voor de meeste werknemers.

Sommige exoskeletten hebben een mechanische stop aan het einde van het buigingsbereik, zoals de Laevo. Sommige exoskeletten hebben een korter bereik, waardoor je bewegingsvrijheid wordt beperkt tot een bepaald punt. Andere hebben geen beperking op het buigingsbereik. Het is daarom goed om jezelf te informeren over welk buigingsbereik jouw werk vereist.

Maar let ook op: een taak vereist misschien niet per se een groot buigingsbereik, maar als de gebruiker per ongeluk een object op de vloer laat vallen, kan een te kort buigingsbereik of te veel ondersteuning de gebruiker beletten om het op te pakken.

2.3 De hoeveelheid ondersteuning

Het is goed om jezelf af te vragen: Hoeveel ondersteuning heb ik nodig? Omdat koppel-waarden nieuw zijn voor de meeste mensen, zullen gebruikers gewoon moeten proberen en ontdekken. Immers, als je niet weet hoe een kilogram aanvoelt, weet je niet of 25 kg zwaar is of niet. Gebruikers zullen verschillende hoeveelheden koppelmoment moeten ervaren om te ontdekken wat comfortabel voor hen is. Natuurlijk kan Laevo advies geven over een comfortabele en effectieve ondersteuningskracht op basis van gewicht, lichaamsgrootte en taak, en onze uitgebreide ervaring op de markt. Laevo kan ook klanten voorzien van een pakket met vijf verschillende krachten van gasveren, zodat gebruikers verschillende hoeveelheden koppelmoment kunnen ervaren. Koppelkrommen voor onze producten zijn te vinden onderaan de bijbehorende productpagina's. (Laevo FLEX en Laevo V2.6).

Het is belangrijk om te begrijpen dat meer ondersteuning niet altijd beter is. Er kan ook te veel ondersteuning zijn. Vooral bij passieve exoskeletten, zoals de Laevo, is het belangrijk om niet te veel ondersteuning te hebben. Dit komt omdat bij passieve exoskeletten energie wordt opgeslagen in het exoskelet wanneer we onze buighoek vergroten en de energie terugkrijgen wanneer we weer omhoog komen, zoals een veer.

Het is belangrijk om te weten dat de energie die wordt opgeslagen in een passief exoskelet bij het naar voren buigen niet onze eigen energie is. Laevo heeft experts op het gebied van exoskeletten deze fout zien maken. Passieve exoskeletten kosten de gebruiker GEEN energie, zolang de hoeveelheid ondersteuning niet te veel is. Technisch gezien: De energie die we opslaan in het exoskelet bij het naar voren buigen is potentiële energie van de massa van ons bovenlichaam die naar beneden wordt getrokken door de zwaartekracht van de aarde. Simpel gezegd: Ons bovenlichaam 'valt' naar beneden wanneer we naar voren buigen. Dit 'vallen' van het bovenlichaam kost de gebruiker geen extra energie. Wanneer je een steen op de grond laat vallen, spant deze steen toch ook geen spieren aan, toch? Zolang het gewicht van het bovenlichaam van de gebruiker voldoende is om het exoskelet te buigen, kost het buigen van het exoskelet de gebruiker geen extra energie!

Als iemand de ondersteuning van het exoskelet perfect zou kunnen afstemmen op het gewicht van het bovenlichaam van de gebruiker in alle buighoeken, zou de romp gewichtloos aanvoelen (zoals in de ruimte). Hoewel dit een leuk experiment zou zijn, zou dit ook geen goed idee zijn omdat onze rugspieren ook worden gebruikt door ons lichaam om onze wervelkolom te stabiliseren bij het tillen van zware lasten. Het tillen van een zware last zonder de rugspieren te spannen kan ervoor zorgen dat de wervelkolom bezwijkt onder de verticale belasting. Natuurlijk is dit hypothetisch omdat niemand uitgebreid heeft gewerkt in een exoskelet met zulke hoge ondersteuning, maar onderzoekers waarschuwen ons bij voorbaat.

Samengevat: Exoskeletten zijn niet betrokken bij een ondersteuningspecificatie-wedloop zoals bij auto's waarbij het gaat om wie de meeste paardenkracht heeft. Voor exoskeletten geldt: meer ondersteuning is niet per se beter. Gebruikers moeten een exoskelet vinden met een koppelcurve die past bij hun persoonlijke grootte, gewicht en gebruikseisen.

2.4 Hysterese

Hysterese hoeft niet per se in de koppelkromme te worden weergegeven, maar de koppelkromme is de beste manier om uit te leggen wat hysterese in de ondersteuning van exoskeletten is. Hysterese in de ondersteuning van exoskeletten is de hoeveelheid energie die verloren gaat tijdens een ondersteunde buiging van het exoskelet als gevolg van mechanische verliezen in het exoskelet. Het is een variabele die de efficiëntie van het exoskelet bepaalt als het gaat om het opslaan van energie en het teruggeven ervan aan de gebruiker. Daarom is het vooral relevant voor passieve exoskeletten zoals de Laevo waar geen externe energiebron aanwezig is.

Hieronder tonen de stippellijnen een voorbeeld van hysterese-curven onder onze voorbeeld koppelkrommen, en pijlen zijn toegevoegd om de richting van de hysterese-lus aan te geven. Effectief zorgt hysterese ervoor dat het exoskelet minder ondersteuning biedt bij het weer omhoog komen, vergeleken met het buigen naar beneden. Als we naar de grafiek kijken, stellen de volle lijnen het buigen naar beneden voor, en de stippellijnen stellen het weer omhoog komen voor. Hysterese wordt over het algemeen uitgedrukt als een percentage dat wordt gedefinieerd door de energie die verloren gaat als gevolg van wrijving, vergeleken met de totale hoeveelheid opgeslagen energie. Je kunt meer lezen over de 'Energiespecificatie' in een verder hoofdstuk op deze pagina.

Exoskelet hysteres komt vooral door wrijving. Deze wrijving kan meerdere oorzaken hebben:

2.4.1 hysterese In de veer

Het fysieke onderdeel waarin het grootste deel van de energie wordt opgeslagen, kan een aanzienlijke hoeveelheid hysterese hebben. Hieronder volgen een paar soorten veren die vaak voorkomen in exoskeletten.

• Gas veren

  Gasveren hebben een relatief hoge hoeveelheid hysterese omdat er veel wrijving is in de afdichtingen van de gasveer die proberen het onder-druk-staande gas binnen de gasveer te houden terwijl ze toch de beweging van de zogenaamde zuigerstang toestaan. Het voordeel is dat deze relatief licht zijn voor grote hoeveelheden energieopslag.

• Stalen veren

  Stalen veren hebben zeer lage hysterese omdat er slechts één onderdeel is dat buigt. Het nadeel is hun gewicht voor grote hoeveelheden energieopslag.

• ‘Rubberen’ veren

  Rubberen veren hebben zeer verschillende hysterese-eigenschappen omdat de materiaaleigenschappen erg verschillend kunnen zijn.

• ‘geweven’ elastische veren

  Geweven veren zijn meestal banden of koorden en hebben relatief veel hysterese, omdat bij het rekken alle geweven vezels langs elkaar glijden, waarbij elk contact een bron van wrijving is.

2.4.2 hysterese in het mechanisme

Veel exoskeletten hebben een bepaald soort mechanisme met roterende gewrichten en/of schuifregelaars. Elke fysieke locatie waar twee delen contact maken terwijl ze relatief ten opzichte van elkaar bewegen, is een bron van wrijving en daardoor een bron van hysterese. Daarom kan het gebruik van de juiste lagers en smering helpen om hysterese te verminderen.

2.4.3 hysterese in de gebruikte materialen

De mechanische structuur van het exoskelet maakt ook een verschil in hysterese. Stijve onderdelen kunnen krachten en momenten zonder merkbare hysterese doorgeven. Materialen zoals stoffen hebben altijd wat rek in zich, en opnieuw, door het glijden van de stofvezels over elkaar, kunnen stoffen die worden belast en ontspannen tijdens buigen een bron van hysterese zijn. Het selecteren van de juiste stoffen met de juiste stijfheid in de juiste richting kan helpen om hysterese te verminderen.

2.4.4 hysteresie door het contact tussen het lichaam en het exoskelet

De grootste bron van hysterese kan ook buiten het fysieke exoskelet liggen. Als delen van het exoskelet over het lichaam van de gebruiker glijden, zal dit een belangrijke bron van wrijving zijn. Daarom is het belangrijk om exoskeletten te ontwerpen met minimaal glijdende onderdelen op het lichaam. Voor zachte exoskeletten is dit een moeilijke taak, omdat het hele exoskelet om het lichaam is gewikkeld, waardoor overal contact is en er onderdelen overal subtiel glijden waneer het exoskelet wordt belast. Aan de andere kant profiteren zachte exoskeletten van het ontbreken van hysterese in mechanismen, wat een belangrijke bron van wrijving kan zijn in harde exoskeletten.

Samengevat: Het tonen van de koppelkromme inclusief hysterese is het meest eerlijke wat een fabrikant van exoskeletten kan doen bij het specificeren van ondersteuning.

3. Aanpassingen in Koppelkrommen

De meeste exoskeletten worden geleverd met ingebouwde manieren om hun ondersteuning aan te passen, voornamelijk om de hoeveelheid ondersteuning te verhogen of te verlagen. Wat door potentiële gebruikers vaak niet wordt beseft, is dat er verschillende soorten aanpassingen worden gebruikt om dit te bereiken. Zoals in dit hoofdstuk zal worden getoond, hebben veel soorten aanpassingen bijwerkingen die het comfort en de ondersteuning van de gebruiker kunnen beïnvloeden.

Het aanpassen van de ondersteuning betekent het wijzigen van de koppelkromme, dus hieronder worden enkele algemene aanpassingen aan exoskeletten gevisualiseerd aan de hand van koppelkrommen. Om het wat simpeler te houden, worden de hysterese-curven niet getoond.

3.1 voorspanning

Voorspannen wordt vaak gezien in exoskeletten, en dan met name in zachte exoskeletten die over het algemeen een koppelkromme hebben met een relatief lineaire vorm, zoals de rode koppelkromme hieronder. Voorspannen verplaatst de koppelkromme naar links, zoals weergegeven in de onderstaande figuur.

Voorspannen wordt bijna altijd gedaan om meer ondersteuning te krijgen bij een specifieke buighoek. Zoals te zien is aan de rode koppelkromme, is het koppel met ongeveer 10 Nm toegenomen voor elke buighoek. Het nadeel is echter dat er ook 10 Nm aan koppel is bij de buighoek van 0 graden, dus terwijl men recht staat. Dit kan als oncomfortabel worden ervaren omdat de gebruiker dannaar achteren wordt getrokken terwijl hij recht staat. De gebruiker moet zijn buikspieren aanspannen om het lichaam recht te houden of een beetje naar voren blijven leunen.

Het bovenste uiteinde van de koppelkromme wordt ook naar links verschoven, dus bij sommige exoskeletten verkort pre-spanning ook het buigbereik, bij andere neemt alleen de piek van het koppel toe.

3.2 Speling in het exoskelet

Het tegenovergestelde wordt door Laevo "slack" genoemd, en betekent eigenlijk speling. Dit wordt vaker gezien bij harde exoskeletten, die meer vrij ontworpen koppelkrommen kunnen hebben zoals de groene hieronder. Het introduceren van speling verschuift de koppelkromme naar rechts, zoals getoond in de afbeelding hieronder.

Speling kan om meerdere redenen worden geïntroduceerd. Voor een eenvoudige lineaire curve zoals de rode, vermindert het het koppelmoment bij alle hoeken. De meest voorkomende reden om speling in te voeren is om het lopen met het exoskelet gemakkelijker te maken, omdat de meeste rompondersteunende exoskeletten de bovenbenen gebruiken voor ondersteuning. Het lopen kan het bovenbeen 20 graden omhoog bewegen, wat erg zwaar kan aanvoelen als het exoskelet het been terug naar beneden duwt met behulp van het ondersteuningskoppel bij een buiging van 20 graden. De eenvoudigste manier om hiervan af te komen, is door de ondersteuning pas na 20 graden buigen te laten beginnen. Het nadeel is dat je gedurende de eerste 20 graden buigen geen ondersteuning hebt, wat voor veel gebruikers het grootste deel van het werk kan zijn.

Gelukkig hebben sommige exoskeletfabrikanten ook het differentiaalmechanisme ontdekt, dat ook aanwezig is in de Laevo V2 en verder is geoptimaliseerd in de Laevo FLEX. Het differentieel maakt vrij lopen mogelijk, maar biedt ook ondersteuning bij kleine buigingshoeken. Vraag ons gerust als je meer wilt weten over dit mechanisme.

3.3 verstijven van de veren

Sommige exoskeletten bieden de mogelijkheid om over te schakelen naar stijvere veren of extra veren toe te voegen aan het exoskelet. Afhankelijk van het type mechanisme kan dit een verstijvend effect hebben op de koppelkromme, wat betekent dat het koppel sneller toeneemt wanneer je buigt. Voor lineaire koppelkrommen is dit een geweldige aanpassing, omdat de koppelkromme effectief schaalt en je bij het rechtstaan vrij blijft van koppel. Voor een meer vrij ontworpen koppelkromme kan het effect van het veranderen van de veerkarakteristieken zeer verschillende effecten hebben op de koppelkromme, aangezien de mechanismen heel verschillend zijn. Daarom wordt het niet weergegeven in de grafiek hieronder.

3.4 schalen

Volgens Laevo is de optimale manier om de hoeveelheid ondersteuning aan te passen het schalen van de koppelkromme. Door de koppelkromme te schalen naar de juiste hoeveelheid voor een specifieke gebruiker, wordt de ondersteuningservaring hetzelfde voor elke maat en gewicht van de gebruiker. Sommige exoskeletten gebruiken voorspanning of speling om de hoeveelheid ondersteuning voor verschillende gebruikers aan te passen, maar dit verandert veel meer dan alleen de hoeveelheid, zoals hierboven beschreven. Een zware gebruiker kan bijvoorbeeld gedwongen worden om veel voorspanning te gebruiken, zodat hij naar achteren wordt geduwd terwijl hij rechtop staat, en een lichte gebruiker kan gedwongen worden om veel speling te gebruiken, zodat er geen ondersteuning is tijdens de eerste graden van buigen.

De Laevo FLEX gebruikt zijn Smartjoint-technologie om zijn koppelkromme te schalen wanneer de sterkte van de gasveer wordt veranderd, zoals hieronder wordt getoond. Laevo kan 5 verschillende sterktes gasveren leveren, zodat iedereen een goed passende hoeveelheid ondersteuning kan vinden.

4. Energie

Het kennen van de koppelkromme van een exoskelet ontsluit een verdere specificatie die Laevo erg belangrijk vindt bij het vergelijken van exoskeletten: De hoeveelheid potentiële energie die door het exoskelet kan worden teruggegeven tijdens elke buiging.

Exoskeletten besparen de energie van de gebruiker door de spieren van de gebruiker te ontlasten. Echter, wat over het algemeen onbekend is, is dat we ook de hoeveelheid energie kunnen specificeren die tijdens elke buiging wordt bespaard. Vaak wordt energie uitgedrukt in Joules. Met behulp van de koppelkrommen kunnen we berekenen hoeveel Joules er worden bespaard voor elke buiging. Nog beter, koppelkrommen visualiseren de hoeveelheid energie die op een zeer mooie manier wordt teruggegeven.

Dit komt doordat het oppervlak tussen de koppelkromme en de onderste as van de grafiek een nauwkeurige weergave is van de hoeveelheid energie die door het exoskelet kan worden teruggegeven. We zullen het overslaan van de uitleg waarom en hoe de hoeveelheid energie precies wordt berekend, omdat dit wat meer gevorderde fysische en wiskundige kennis vereist en het volledig begrijpen ervan niet echt bijdraagt aan het punt dat we proberen te maken in dit hoofdstuk, maar aarzel niet om contact met ons op te nemen als u wilt leren hoe dit te doen.

We zien dat het totale oppervlak onder de groene lijn groter is dan het oppervlak onder de rode lijn, wat duidt op een grotere hoeveelheid energie die door het groene exoskelet kan worden teruggegeven.

Het verschil wordt nog groter wanneer we rekening houden met een gebruiker die alleen kleine buigingen maakt. Als we de oppervlakken vergelijken bij het beperken van de buighoek tot 40 graden, is het groene oppervlak ongeveer 4 keer groter dan het rode. Dus, voor een buiging van 40 graden zal het groene exoskelet de gebruiker 4 keer meer energie besparen dan het rode exoskelet, terwijl het koppel slechts 3 keer groter is!

We moeten niet vergeten dat het besparen van energie een belangrijk doel is van exoskeletten en dat het toepassen van koppel op het menselijk lichaam een ​​methode is om dit te doen. Daarom zou de hoeveelheid energie die tijdens elke buiging wordt teruggegeven misschien wel een nog betere specificatie zijn voor de ondersteuning van exoskeletten. De energiecurves voor de koppelkrommen hierboven zouden eruitzien als de grafiek hieronder.

Net als in de grafiek van de koppelkromme staat de buighoek in graden op de onderste as. De totale hoeveelheid energie die door het exoskelet wordt teruggegeven in Joule wordt weergegeven op de verticale as. Je kunt zien wat we zojuist hebben opgemerkt door naar de grootte van het oppervlak onder de lijnen van de koppelkromme te kijken: er wordt ongeveer 300% meer energie teruggegeven door het groene systeem bij 40 graden, en na een volledige buiging van 120 graden wordt ongeveer 50% meer energie teruggegeven. Dit is erg belangrijk om te begrijpen, omdat beide exoskeletten een piekkoppel van 60 Nm en een buigbereik van 120 graden hebben. De cijfers zijn hetzelfde, maar de koppel- en energiekrommen laten een enorm verschil zien in ondersteuning.

Dus, de koppelkromme is niet de enige specificatie om naar te kijken bij het evalueren van de ondersteuning van een exoskelet: ook het potentiële energieopslagvermogen is belangrijk. Nogmaals, exoskeletten proberen het energieverbruik van de rugspieren te verminderen, en het controleren van het oppervlak onder de koppelkromme is het dichtstbijzijnde dat we kunnen komen bij de hoeveelheid energie die een gebruiker kan besparen door een exoskelet te gebruiken. Omdat alle energie die door het exoskelet wordt teruggegeven, energie is die de gebruiker niet hoeft te gebruiken met zijn rugspieren.

Hoewel de energiekrommen de energie laten zien die wordt bespaard tijdens het gebruik van het exoskelet, bieden koppelkrommen meer begrijpelijk inzicht in het daadwerkelijke ondersteuningsgedrag van het exoskelet. Laevo is van mening dat koppelkrommen waardevoller zijn om te kennen voor potentiële gebruikers.

Nogmaals, de hysterese-krommen zijn weggelaten in dit hoofdstuk voor duidelijkheid, maar hysterese is (zeer) belangrijk bij een volledig onderzoek van een exoskelet en het potentiële energieopslagvermogen, omdat de energie die verloren gaat aan wrijving energie is die niet wordt gebruikt om de gebruiker te ondersteunen. In ons whitepaper over koppelkrommemetingen laten we resultaten zien van koppelkrommemetingen op de Laevo en andere exoskeletten, inclusief energieberekeningen die rekening houden met hysterese.

5. Conclusie

Bedankt voor het lezen! Als je geen technologische achtergrond hebt, begrijpen we dat het veel kan zijn om te verwerken. Als iets onduidelijk is, of als je suggesties hebt om deze pagina te verbeteren, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Een exoskelet is een product dat nauw moet samenwerken met het lichaam van de gebruiker, dus elk detail is belangrijk. Laevo is er ook van overtuigd dat er geen universeel exoskelet bestaat. Er is echter wel een meest geschikt exoskelet voor elke taak. Koppelkrommen kunnen een belangrijk hulpmiddel zijn bij het selecteren van het juiste exoskelet voor een bepaalde taak, maar daar eindigt het niet. De ondersteuningskenmerken zijn slechts een van de vele specificaties die verbetering behoeven. Het verstrekken van duidelijke informatie aan potentiële kopers over allerlei specificaties van exoskeletten is cruciaal om ervoor te zorgen dat exoskeletten worden geaccepteerd en gebruikt door alle werknemers die fysieke ondersteuning nodig hebben.

Laevo werkt al samen met organisaties om exoskeletnormen op te stellen en staat open voor samenwerking met andere fabrikanten van exoskeletten. Bijvoorbeeld om manieren te vinden om torque-curves op een gestandaardiseerde manier te meten, een standaardlijst van exoskeletspecificaties vast te stellen die iedereen zou moeten gebruiken, en nog belangrijker, manieren te vinden om het juiste exoskelet voor elke potentiële gebruiker te selecteren.