Análisis de Biomecánica Deportiva: Asistiendo Evaluaciones de Efectividad para Exoesqueletos Alimentados por Articulaciones de Codo Conformes y Usables
Autores: Qin, Huibin; Liu, Kai; Zhang, Zefeng; Zheng, Jie; Hou, Zhili; Li, Lina; Li, Ruiqin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de Biomecánica Deportiva: Asistiendo Evaluaciones de Efectividad para Exoesqueletos Alimentados por Articulaciones de Codo Conformes y Usables
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Exoesqueleto
Sistema musculoesquelético
Tecnologías de sensores
Modelo humano
Fuerza muscular
Eficiencia energética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Al usar un exoesqueleto, el cuerpo humano experimenta constantemente cargas mecánicas. Sin embargo, cuantificar las cargas internas dentro del sistema musculoesquelético sigue siendo un desafío, especialmente durante actividades dinámicas no restringidas como el manejo manual de materiales. Actualmente, los sistemas de exoesqueletos se integran comúnmente con tecnologías de sensores para recopilar datos y evaluar desempeños. Esto se realiza principalmente para evaluar los exoesqueletos físicos y no puede proporcionar retroalimentación en tiempo real durante la fase de desarrollo. En primer lugar, se propone un exoesqueleto de codo portátil y motorizado con rigidez variable. A través de cálculos teóricos, se deriva la fórmula de eficiencia de potencia del exoesqueleto. Luego, se construye un modelo musculoesquelético humano utilizando el AnyBody Modeling System y se acopla al exoesqueleto de codo. Bajo condiciones experimentales establecidas, la simulación revela que, en comparación con el exoesqueleto, los parámetros de fuerza muscular de los músculos bíceps y tríceps del modelo humano se redujeron en un 24% y un 12%. La actividad muscular se redujo entre un 28% y un 31%, y la longitud muscular se acortó en aproximadamente un 6%, en comparación con la condición sin el exoesqueleto. Finalmente, a través del experimento de fuerza muscular, se verificó que la eficiencia de potencia del exoesqueleto de codo en el transporte real era de aproximadamente un 18%. El proyecto reduce costos en la fase de desarrollo del exoesqueleto y puede proporcionar nuevas perspectivas sobre la función muscular y la biomecánica deportiva.
Descripción
Al usar un exoesqueleto, el cuerpo humano experimenta constantemente cargas mecánicas. Sin embargo, cuantificar las cargas internas dentro del sistema musculoesquelético sigue siendo un desafío, especialmente durante actividades dinámicas no restringidas como el manejo manual de materiales. Actualmente, los sistemas de exoesqueletos se integran comúnmente con tecnologías de sensores para recopilar datos y evaluar desempeños. Esto se realiza principalmente para evaluar los exoesqueletos físicos y no puede proporcionar retroalimentación en tiempo real durante la fase de desarrollo. En primer lugar, se propone un exoesqueleto de codo portátil y motorizado con rigidez variable. A través de cálculos teóricos, se deriva la fórmula de eficiencia de potencia del exoesqueleto. Luego, se construye un modelo musculoesquelético humano utilizando el AnyBody Modeling System y se acopla al exoesqueleto de codo. Bajo condiciones experimentales establecidas, la simulación revela que, en comparación con el exoesqueleto, los parámetros de fuerza muscular de los músculos bíceps y tríceps del modelo humano se redujeron en un 24% y un 12%. La actividad muscular se redujo entre un 28% y un 31%, y la longitud muscular se acortó en aproximadamente un 6%, en comparación con la condición sin el exoesqueleto. Finalmente, a través del experimento de fuerza muscular, se verificó que la eficiencia de potencia del exoesqueleto de codo en el transporte real era de aproximadamente un 18%. El proyecto reduce costos en la fase de desarrollo del exoesqueleto y puede proporcionar nuevas perspectivas sobre la función muscular y la biomecánica deportiva.