ARC Angel:NASA's innovatieve systeem vermindert armvermoeidheid bij sub-1G-training

Johnson Space Center, Houston, Texas

Het actieve controlesysteem van ARC ANGEL kan automatisch het gewicht van verschillende handgereedschappen ontlasten, waardoor armvermoeidheid tijdens sub-1G-training wordt voorkomen. (Afbeelding:NASA)

Vernieuwers van het NASA Johnson Space Center (JSC) hebben een Earthbound robottrainingssysteem ontwikkeld, kortweg ‘ARGOS’ genoemd. Het kan de gewichtloosheid van een astronaut in de ruimte actief simuleren door gebruik te maken van een bovengronds landingsbaan- en brugaandrijfsysteem om het gewicht geheel of gedeeltelijk te ontlasten met behulp van aangesloten kabels, waardoor ze effectief van de grond worden opgehangen. De romp en benen van de proefpersoon worden weliswaar ontlast, maar hun armen en eventueel zwaar handgereedschap niet.

De Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL)-technologie is ontwikkeld om de armen van een in de ruimte geschikte proefpersoon te ontlasten en vermoeidheid tegen te gaan die ontstaat tijdens het uitvoeren van trainingsactiviteiten met ARGOS. Net als ARGOS verzorgt ARC ANGEL het lossen via computergestuurde actieve kabelspanning. Kabels worden gespannen tussen armboeien die zich net boven elke elleboog bevinden, en een gemotoriseerde haspel(s) gemonteerd op het rugzakachtige Primary Life Support System (PLSS) van het ruimtepak.

Deze actieve offloading-technologie zou voor een aantal toepassingen kunnen worden gebruikt, naast het simuleren van nul-tot-één G-omgevingen. Een patiënt die zijn schouder rehabiliteert, zou bijvoorbeeld baat kunnen hebben bij bewegingsondersteuning die het gewicht van de arm of de greep ontlast, een bouwvakker die een zwaar stuk gereedschap draagt, zou het gemakkelijker kunnen manipuleren, of het zou het gewicht van de apparatuur kunnen compenseren voor militair personeel, waardoor uiteindelijk vermoeidheid van de ledematen wordt voorkomen die anders zou optreden.

ARC ANGEL is een actief robotsysteem zoals ARGOS; De elektromotor is echter niet boven een landingsbaan- en brugsysteem gemonteerd, maar in plaats daarvan op de rugzakachtige PLSS van de proefpersoon gemonteerd, waar de motor(en) via bekabeling real-time aandrijfkoppel levert aan de bovenarmen. Als een proefpersoon een hamer oppakt, reageert het systeem onmiddellijk om het gewicht van de hamer te ontlasten ten opzichte van de geprogrammeerde omgeving.

Het systeem bestaat uit een elektromotor(en), zachte goederen, elektronische hardware, firmware en software. Om een ​​soepel werkende arm te bieden die analoog ontlaadt en de systeemprestaties te optimaliseren, hebben ingenieurs bij JSC software gecodeerd die gebruikmaakt van kinematische algoritmen en een gesloten-lusarchitectuur voor motorbesturing, samen met aangepaste computertaalscripts om sensorgegevens op te nemen. Hierdoor kunnen de subsystemen van ARC ANGEL naadloos worden geïntegreerd en nauwkeurig één tot nul G-omgevingen simuleren.

Tijdens bedrijf detecteren compacte spanningssensoren en traagheidsmeeteenheden het gewicht en de beweging van de arm en zorgen ze voor een gesloten regelsysteem dat gegevens naar een single-board computer en de benodigde firmware voor verwerking stuurt. Er werd ook intern een aangepaste grafische gebruikersinterface ontwikkeld om bedieningselementen te bieden voor het invoeren van de gewenste armoffload-waarden.

Bovendien beschikt ARC ANGEL over een eigen voeding die de subcomponenten van stroom voorziet zonder externe kabels. Dit maakt het mogelijk om onafhankelijk van ARGOS te functioneren en leent zich verder voor potentiële terrestrische toepassingen. Dit werk houdt rechtstreeks verband met de actieve ontwikkeling van exosuiten die worden geïmplementeerd voor revalidatie en/of medische hulpmiddelen. ARC ANGEL biedt in wezen de gewenste hulp (ontlasten) terwijl het volledige bewegingsbereik van een onderwerp behouden blijft. De hardware en software van het systeem kunnen worden aangepast om op maat te worden gemaakt voor een individu zonder ruimtepak en in de richting van ledematenondersteunde bewegingen - en niet alleen van het ontlasten van de armen.

NASA is actief op zoek naar licentiehouders om deze technologie te commercialiseren. Neem contact op met de Licensing Concierge van NASA op Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien. of bel op 202-358-7432 om licentiebesprekingen te starten. Bezoek hier  . voor meer informatie