Un marco basado en simulación para determinar la compatibilidad cinemática de un exoesqueleto augmentativo durante la marcha
Autores: Nagarajan, S.; Mohanavelu, K.; Sujatha, S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un marco basado en simulación para determinar la compatibilidad cinemática de un exoesqueleto augmentativo durante la marcha
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Exoesqueletos
Configuraciones
Simulación
Articulaciones
Cinemática
Resistencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Los exoesqueletos aumentativos (EAs) son dispositivos ortóticos portátiles que, cuando se combinan con un individuo sano, pueden mejorar significativamente la resistencia, la velocidad y la fuerza. Los exoesqueletos son específicos para la función y para el individuo, con una multitud de configuraciones y mecanismos de articulación posibles. Esta complejidad presenta un escenario desafiante para determinar cuantitativamente la elección óptima de la configuración cinemática del exoesqueleto para la actividad prevista. Un marco integral basado en simulaciones para obtener una configuración óptima de un exoesqueleto aumentativo pasivo para el transporte de carga en mochila durante la caminata es el tema de este artículo de investigación. Se realizó un enfoque de simulación basado en el sistema musculoesquelético en 16 posibles configuraciones cinemáticas con diferentes Grados de Libertad (DoF) en las articulaciones de la cadera, la rodilla y el tobillo de la estructura del exoesqueleto, y se eligió cuantitativamente una configuración con tres DoF en la cadera, un DoF en la rodilla y tres DoF en el tobillo. Se utilizaron el Raíz del Error Cuadrático Medio de las Desviaciones (RMSD) y las Máximas Desviaciones (MaxDev) entre el sistema humano-exoesqueleto acoplado cinemáticamente como criterios junto con el Puntaje de Peso Acumulado (CWS). La configuración elegida de la simulación fue diseñada, realizada y validada experimentalmente. El error de los ángulos de las articulaciones entre la simulación y los experimentos con la configuración elegida fue inferior a 3 grados en las articulaciones de la cadera y el tobillo y inferior a 6 grados en las articulaciones de la rodilla.
Descripción
Los exoesqueletos aumentativos (EAs) son dispositivos ortóticos portátiles que, cuando se combinan con un individuo sano, pueden mejorar significativamente la resistencia, la velocidad y la fuerza. Los exoesqueletos son específicos para la función y para el individuo, con una multitud de configuraciones y mecanismos de articulación posibles. Esta complejidad presenta un escenario desafiante para determinar cuantitativamente la elección óptima de la configuración cinemática del exoesqueleto para la actividad prevista. Un marco integral basado en simulaciones para obtener una configuración óptima de un exoesqueleto aumentativo pasivo para el transporte de carga en mochila durante la caminata es el tema de este artículo de investigación. Se realizó un enfoque de simulación basado en el sistema musculoesquelético en 16 posibles configuraciones cinemáticas con diferentes Grados de Libertad (DoF) en las articulaciones de la cadera, la rodilla y el tobillo de la estructura del exoesqueleto, y se eligió cuantitativamente una configuración con tres DoF en la cadera, un DoF en la rodilla y tres DoF en el tobillo. Se utilizaron el Raíz del Error Cuadrático Medio de las Desviaciones (RMSD) y las Máximas Desviaciones (MaxDev) entre el sistema humano-exoesqueleto acoplado cinemáticamente como criterios junto con el Puntaje de Peso Acumulado (CWS). La configuración elegida de la simulación fue diseñada, realizada y validada experimentalmente. El error de los ángulos de las articulaciones entre la simulación y los experimentos con la configuración elegida fue inferior a 3 grados en las articulaciones de la cadera y el tobillo y inferior a 6 grados en las articulaciones de la rodilla.