Development of a Low Motion-Noise Humanoid Neck: Statics Analysis and Experimental Validation

Abstract-This paper presents our recently developed humanoid neck system that can effectively mimic motion of human neck with very low motion noises. The feature of low motion noises allows our system to work like a real human head/neck. Thus the level of acoustic noises from wearable equipments, such as donning respirators or chemical-resistant jackets, induced by human head motion can be simulated and investigated using such a system. The objective of this investigation is to facilitate using head-worn communication devices for the person who wears the protective equipment/uniform that usually produces communication-noise when the head/neck moves. Our low motion-noise humanoid neck system is based on the spring structure, which can generate 1 Degree of Freedom (DOF) jaw movement and 3DOF neck movement. To guarantee the low-noise feature, no noise-makers like gear and electrodriven parts are embedded in the head/neck structure. Instead, the motions are driven by seven cables, and the actuators pulling the cables are sealed in a sound insulation box. Furthermore, statics analysis of the system has been processed completely. Experimental results validate the analysis, and clearly show that the head/neck system can greatly mimic the motions of human head with an A-weighted noise level of 30 dB or below

Diseño de un mecanismo del tipo exoesqueleto de miembros inferiores que permita reproducir patrones de movimiento

En este trabajo se desarrolló el diseño de un mecanismo del tipo exoesqueleto de miembros inferiores que permita reproducir patrones de movimiento. Se enfocó en aquellas personas con deficiencia del sistema nervioso referido a la parálisis de extremidades inferiores. Para poder realizar este prototipo, se contempló temas como la biomecánica. Además, se realizó el estudio de los diferentes tipos de dispositivos de asistencia, particularmente del tipo exoesqueleto, que existen en el mercado, permitiendo así tener una idea de las características que debe poseer el prototipo. Con la ayuda de la metodología de diseño, se planteó un prototipo que incluye un subsistema de suspensión de peso corporal que permite a la persona suspender para poder realizar otros tipos de movimientos de asistidos dirigidos para la rehabilitación; sin embargo, por temas de extensión del documento y porque no contempla el objetivo principal de la tesis, para este sub-sistema solo se realizó el diseño conceptual y los planos de sub-ensamble; centrándose el desarrollo de la ingeniería de detalle solo en el sub-sistema tipo exoesqueleto. A lo largo del capítulo de la ingeniería de detalle se verificó que las piezas que van a ser fabricadas soporten las cargas de trabajo para un ciclo de marcha normal; además de la selección de los principales componentes que darán energía al mecanismo o servirán para el sensado y control del sub-sistema. Luego de tener claro el dimensionamiento y características de los componentes se generaron los planos y costos, obteniéndose un costo aproximado de fabricación de 16,000.00 soles. Al final de este trabajo se habrá diseñado un primer acercamiento de un mecanismo para personas adultas jóvenes con altura entre 1,60 y 1,70 metros; peso entre 60 a 80 kilogramos; sus movimientos controlados estarán restringidos en el plano sagital; sin embargo, los rangos de movimientos en los otros planos permitirán recrear el ciclo de marcha normal entre 70 y 90 pasos por minutos, entre otros movimientos para rehabilitación. Finalmente se obtuvo algunas observaciones y recomendaciones para el mejoramiento del prototipo a futuro, además de las conclusiones sobre las lecciones aprendidas en el desarrollo de la tesis.Tesi