Aging populations and the rising prevalence of neurological and musculoskeletal disorders increase the demand for wearable mobility assistive devices that are effective, comfortable, and anatomically compatible. Many existing systems use rigid mechanisms and bulky interfaces that impede force transmission and reduce wearability. This study introduces a soft sleeve actuation architecture that conforms to the limb while transmitting forces and moments efficiently. We develop three soft sleeve actuators that produce linear, bending, and twisting motion, and an omnidirectional design that combines these motions in one device. Actuators are fabricated from thermoplastic elastomers using a customized fused filament fabrication process that produces airtight and compliant structures and resolves leakage observed with conventional methods. A dedicated experimental platform quantifies kinematic outputs such as displacement, angle, and twist, and kinetic outputs such as force and torque under low pneumatic pressures. A parametric study varies geometric features and material properties to determine their influence on performance. Results show reproducible multi axis motion with improved transfer of force to the limb and reduced need for complex attachment hardware. The work establishes a unified and manufacturable framework for soft sleeve actuation that enables compact and user centered assistive technologies with enhanced kinematic and kinetic performance.


翻译:人口老龄化以及神经与肌肉骨骼疾病患病率的上升,增加了对有效、舒适且解剖学兼容的可穿戴移动辅助设备的需求。现有许多系统采用刚性机构和笨重的接口,阻碍了力的传递并降低了可穿戴性。本研究提出了一种软套筒驱动架构,该架构既能贴合肢体,又能高效传递力和力矩。我们开发了三种软套筒执行器,分别产生线性、弯曲和扭转运动,以及一种将上述运动结合于一体的全向设计。执行器采用热塑性弹性体,通过定制的熔丝制造工艺制造,该工艺可生产气密且柔顺的结构,并解决了传统方法中观察到的泄漏问题。专用实验平台量化了低气压下的运动学输出(如位移、角度和扭转)和动力学输出(如力和扭矩)。通过参数化研究改变几何特征和材料属性,以确定它们对性能的影响。结果表明,该设计能实现可重复的多轴运动,改善了向肢体的力传递,并减少了对复杂附着硬件的需求。这项工作为软套筒驱动建立了一个统一且可制造的框架,使得紧凑、以用户为中心的辅助技术能够实现增强的运动学和动力学性能。

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