Regulación de la Fatiga Muscular a través del Control de Activación Muscular en un Exoesqueleto Híbrido de Rodilla: Estudio de Simulación
Autores: Ghajari, Shazan; Moghaddam, Reihaneh Kardehi; Kobravi, Hamidreza; Pariz, Naser
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Regulación de la Fatiga Muscular a través del Control de Activación Muscular en un Exoesqueleto Híbrido de Rodilla: Estudio de Simulación
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Exoesqueleto híbrido de rodilla
Rehabilitación
Fatiga muscular
Estimulación eléctrica funcional
Controlador adaptativo
Regulación del ángulo de la articulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
El exoesqueleto híbrido de rodilla es un sistema que ayuda en la rehabilitación de pacientes con trastornos de movilidad. Comprende un exoesqueleto motorizado y estimulación eléctrica funcional, que mueve la articulación de la rodilla al estimular los músculos. Sin embargo, la estimulación eléctrica de los músculos puede llevar a la fatiga muscular. Por primera vez, este artículo investiga la regulación de la fatiga muscular mediante el control de la activación muscular. Para controlar la activación muscular, se diseña un controlador adaptativo innovador para la estimulación eléctrica funcional. La ley de adaptación se diseña utilizando una estimación variable en el tiempo del parámetro de tiempo de activación muscular. Se diseña un controlador proporcional-integral para regular el ángulo de la articulación de la rodilla utilizando un motor eléctrico. Las ganancias del controlador proporcional-integral se calculan utilizando un método de optimización. Se presenta una estructura de control cooperativo para utilizar el motor eléctrico y la estimulación eléctrica funcional simultáneamente. El error de activación muscular está uniformemente acotado en última instancia, y su acotación se demuestra a través del análisis de Lyapunov; también se determina el límite del error. Los resultados de la simulación mostraron regulación del ángulo de la articulación de la rodilla y regulación de la fatiga muscular. Los resultados del método de control propuesto se compararon con los basados en control predictivo de modelos y control por conmutación, que mostraron una mejora significativa en el error del ángulo de la articulación y la fatiga muscular. El método propuesto es apropiado para su implementación práctica según los resultados obtenidos.
Descripción
El exoesqueleto híbrido de rodilla es un sistema que ayuda en la rehabilitación de pacientes con trastornos de movilidad. Comprende un exoesqueleto motorizado y estimulación eléctrica funcional, que mueve la articulación de la rodilla al estimular los músculos. Sin embargo, la estimulación eléctrica de los músculos puede llevar a la fatiga muscular. Por primera vez, este artículo investiga la regulación de la fatiga muscular mediante el control de la activación muscular. Para controlar la activación muscular, se diseña un controlador adaptativo innovador para la estimulación eléctrica funcional. La ley de adaptación se diseña utilizando una estimación variable en el tiempo del parámetro de tiempo de activación muscular. Se diseña un controlador proporcional-integral para regular el ángulo de la articulación de la rodilla utilizando un motor eléctrico. Las ganancias del controlador proporcional-integral se calculan utilizando un método de optimización. Se presenta una estructura de control cooperativo para utilizar el motor eléctrico y la estimulación eléctrica funcional simultáneamente. El error de activación muscular está uniformemente acotado en última instancia, y su acotación se demuestra a través del análisis de Lyapunov; también se determina el límite del error. Los resultados de la simulación mostraron regulación del ángulo de la articulación de la rodilla y regulación de la fatiga muscular. Los resultados del método de control propuesto se compararon con los basados en control predictivo de modelos y control por conmutación, que mostraron una mejora significativa en el error del ángulo de la articulación y la fatiga muscular. El método propuesto es apropiado para su implementación práctica según los resultados obtenidos.