O principal propósito das cordas sintéticas leves em um exoesqueleto de tornozelo é permitir a transmissão eficiente de torque através da articulação do tornozelo, reduzindo significativamente a massa do dispositivo. Ao conectar a seção do calcanhar ao sistema de cabos Bowden, essas cordas utilizam o princípio da alavanca para converter a tração mecânica em suporte sem o ônus de links pesados e rígidos.
Ao equilibrar alta resistência à tração com baixo peso, as cordas sintéticas resolvem o desafio crítico de engenharia de fornecer suporte estrutural durável que não sobrecarrega o usuário durante o movimento.
Mecânica da Transmissão de Torque
O Princípio da Alavanca
As cordas são estrategicamente instaladas no calcanhar para criar uma vantagem mecânica. Ao puxar o calcanhar, o sistema emprega o princípio da alavanca para transmitir efetivamente o torque através do centro do tornozelo. Isso converte a força linear no movimento rotacional necessário para auxiliar a caminhada.
Integração com Cabos Bowden
Essas cordas funcionam como a conexão terminal do sistema de cabos Bowden. Elas traduzem a força gerada pelo atuador e roteada através dos cabos em ação direta no calcanhar, garantindo uma transferência de energia contínua.
Por Que a Escolha do Material Importa
Minimizando o Custo Metabólico
Um exoesqueleto pesado pode aumentar a energia que um usuário gasta apenas para carregá-lo. Cordas sintéticas são utilizadas especificamente para reduzir o peso geral do sistema em comparação com hastes metálicas ou engrenagens. Este design leve ajuda a minimizar a penalidade metabólica para o usuário.
Garantindo Confiabilidade Estrutural
Apesar de seu baixo peso, esses materiais são selecionados por sua alta resistência à tração. A caminhada gera estresse de tração frequente e intenso; as cordas devem suportar esses ciclos repetidos de alta carga para garantir que o dispositivo permaneça estruturalmente confiável e seguro.
Compreendendo os Compromissos
Dependência da Tensão
Ao contrário de componentes rígidos, as cordas só podem transmitir força quando puxadas. O sistema depende inteiramente do estresse de tração para operar, o que significa que é eficaz para assistência ativa durante fases específicas da marcha (como o impulso) mas não oferece suporte contra forças de compressão.
Durabilidade Sob Estresse
Embora a referência destaque a "confiabilidade estrutural", a dependência de cordas implica um perfil de desgaste específico. Como elas estão sujeitas a estresse intenso e frequente, a longevidade do sistema depende inteiramente da resistência da corda ao estiramento ou ruptura sob cargas de pico.
Fazendo a Escolha Certa para o Seu Design
Ao avaliar o sistema de transmissão de um robô vestível, considere como os componentes equilibram potência e usabilidade.
- Se o seu foco principal é a agilidade do usuário: Priorize materiais sintéticos leves para reduzir a inércia e a fadiga do usuário.
- Se o seu foco principal é a transmissão de força: Certifique-se de que o material escolhido possua resistência à tração suficiente para lidar com os requisitos de torque de pico do sistema de alavanca sem falha.
O design ideal aproveita a flexibilidade das cordas sintéticas para fornecer suporte robusto que parece quase sem peso para o usuário.
Tabela Resumo:
| Característica | Benefício no Exoesqueleto de Tornozelo |
|---|---|
| Material | Corda Sintética Leve |
| Princípio Mecânico | Princípio da Alavanca (Transmissão de Torque) |
| Vantagem Chave | Massa Reduzida e Menor Custo Metabólico |
| Tipo de Força | Alta Resistência à Tração (Apenas Tensão) |
| Objetivo Principal | Transferência eficiente de energia durante o impulso da marcha |
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Referências
- Wei Wang, Jingtai Liu. Improving Walking Economy With an Ankle Exoskeleton Prior to Human-in-the-Loop Optimization. DOI: 10.3389/fnbot.2021.797147
Este artigo também se baseia em informações técnicas de 3515 Base de Conhecimento .
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