Un marco para el modelado, la optimización y la simulación musculoesquelética de un exoesqueleto de codo-muñeca
Autores: KhalilianMotamed Bonab, Ali; Chiaradia, Domenico; Frisoli, Antonio; Leonardis, Daniele
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un marco para el modelado, la optimización y la simulación musculoesquelética de un exoesqueleto de codo-muñeca
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Exosuits
Cumplimiento
Posicionamiento de puntos de anclaje
Procedimiento de optimización
Sistema musculoesquelético
Simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
El bajo peso y la flexibilidad de los exosuits son beneficios valiosos que no están presentes en los dispositivos rígidos de exoesqueleto, sin embargo, estas características intrigantes hacen que sea un desafío modelar y simular adecuadamente su interacción con el sistema musculoesquelético. Los exosuits impulsados por tendones adoptan un motor eléctrico combinado con poleas y transmisión por cable en la etapa de actuación. Un aspecto importante del diseño de estos sistemas para la eficacia de transferencia de carga y la comodidad del usuario es la posición del punto de anclaje. En este artículo, proponemos un marco, cuyo primer propósito es servir como una metodología de diseño para la síntesis de un dispositivo exosuit, lograda mediante la optimización de la ubicación del punto de anclaje. El procedimiento de optimización encuentra la mejor posición 3D de los puntos de anclaje en función de las fuerzas de interacción entre el exosuit y el brazo superior. El cálculo de las fuerzas se basa en la combinación de un modelo matemático de un exosuit de muñeca-codo y un modelo dinámico del brazo superior. Su segundo propósito es la simulación de los efectos cinemáticos y fisiológicos de la interacción entre el brazo, el exosuit y el complejo sistema musculoesquelético del miembro superior. Ofrece información sobre la carga muscular y del exoesqueleto durante la operación. Los experimentos presentados implican el desarrollo y la validación de modelos musculoesqueléticos personalizados, con datos cinemáticos, antropométricos y electromiográficos medidos en una tarea de levantamiento de carga. La simulación de la operación del exosuit, acoplada con el modelo musculoesquelético, mostró la eficacia del traje en la asistencia a los músculos de la muñeca y el codo y proporcionó aspectos interesantes sobre el impacto de la asistencia en los músculos del hombro. Finalmente, proporcionamos un posible diseño de un exosuit para el codo y la muñeca basado en los resultados optimizados.
Descripción
El bajo peso y la flexibilidad de los exosuits son beneficios valiosos que no están presentes en los dispositivos rígidos de exoesqueleto, sin embargo, estas características intrigantes hacen que sea un desafío modelar y simular adecuadamente su interacción con el sistema musculoesquelético. Los exosuits impulsados por tendones adoptan un motor eléctrico combinado con poleas y transmisión por cable en la etapa de actuación. Un aspecto importante del diseño de estos sistemas para la eficacia de transferencia de carga y la comodidad del usuario es la posición del punto de anclaje. En este artículo, proponemos un marco, cuyo primer propósito es servir como una metodología de diseño para la síntesis de un dispositivo exosuit, lograda mediante la optimización de la ubicación del punto de anclaje. El procedimiento de optimización encuentra la mejor posición 3D de los puntos de anclaje en función de las fuerzas de interacción entre el exosuit y el brazo superior. El cálculo de las fuerzas se basa en la combinación de un modelo matemático de un exosuit de muñeca-codo y un modelo dinámico del brazo superior. Su segundo propósito es la simulación de los efectos cinemáticos y fisiológicos de la interacción entre el brazo, el exosuit y el complejo sistema musculoesquelético del miembro superior. Ofrece información sobre la carga muscular y del exoesqueleto durante la operación. Los experimentos presentados implican el desarrollo y la validación de modelos musculoesqueléticos personalizados, con datos cinemáticos, antropométricos y electromiográficos medidos en una tarea de levantamiento de carga. La simulación de la operación del exosuit, acoplada con el modelo musculoesquelético, mostró la eficacia del traje en la asistencia a los músculos de la muñeca y el codo y proporcionó aspectos interesantes sobre el impacto de la asistencia en los músculos del hombro. Finalmente, proporcionamos un posible diseño de un exosuit para el codo y la muñeca basado en los resultados optimizados.