Study of the optimization process of the exoskeleton design using generative design methods

Abstract

У статті досліджено проєктування та оптимізацію екзоскелета нижніх кінцівок за допомогою методів генеративного дизайну. Через унікальні характеристики та особливості людського тіла кожен екзоскелет потрібно налаштовувати під умови роботи кожного користувача, але розроблення індивідуального дизайну продукту коштує дуже дорого та займає багато часу інженерів. Мета дослідження – оптимізація базової моделі екзоскелета до умов роботи за допомогою технології генеративного проєктування. Оптимізація ґрунтується на рухах людини та біомеханіці, особливо на суглобовому моменті, що дає змогу проєктувати конструкцію із прийнятними коефіцієнтами безпеки. Результати демонструють високооптимізовану конструкцію для різних матеріалів і значне зменшення маси й об’єму порівняно із базовою моделлю. Використання таких технологій економить час розроб- лення, даючи інженерам змогу зосередитися на складніших аспектах проєктування.

This study explores the process of design and optimization of exoskeleton for lower extremities using methods of generative design. Due to the unique characteristics and features of the human body, every exoskeleton needs to be adjusted to the working condition of each user, but the development of individual product designs by engineers is highly expensive and takes a lot of time. The study objective is the optimization of the base model of the exoskeleton to working conditions using generative design technology. Optimization is based on human movements and biomechanics, especially on joint torque, which allows to design of construction with acceptable safety factors. Results show highly optimized designs for different materials and a significant reduction in mass and volume relative to the base model. Usage of such technologies saves development time, allowing engineers to focus on more complex aspects of design.