Diseño y simulación de análisis cinemático y dinámico de un mecanismo paralelo biomimético para exoesqueleto de rehabilitación lumbar
Autores: Hou, Chao; Yin, Zhicheng; Wu, Di; Qian, Rui; Tian, Yu; Wang, Hongbo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño y simulación de análisis cinemático y dinámico de un mecanismo paralelo biomimético para exoesqueleto de rehabilitación lumbar
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Hernia de disco lumbar
Dolor lumbar
Exoesqueleto flexible
Rehabilitación activa
Mecanismo paralelo biomimético
Rango de movimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La hernia de disco lumbar es una de las principales causas de dolor lumbar, y su incidencia ha aumentado significativamente con el desarrollo de la industrialización. Para ayudar en la terapia de rehabilitación, este documento propone un exoesqueleto flexible para la rehabilitación lumbar activa basado en un mecanismo paralelo biomimético 4-SPU/SP. Al analizar la estructura anatómica y los mecanismos de movimiento de la columna lumbar, se diseñó un mecanismo paralelo de cuatro grados de libertad para imitar la rotación en tres ejes de la columna lumbar alrededor de los ejes coronal, sagital y vertical, así como el movimiento a lo largo del eje. Utilizando un sistema de captura de movimiento en 3D, se obtuvieron datos sobre el rango de movimiento de la columna lumbar para guiar el diseño estructural del exoesqueleto. Usando el método de cadena vectorial, se derivaron las ecuaciones de visualización para las articulaciones de accionamiento del mecanismo, y se establecieron y simularon modelos cinemáticos directos e inversos para verificar su precisión. Se analizaron y simularon las características dinámicas del mecanismo paralelo biomimético para proporcionar una base teórica para el diseño del sistema de control del exoesqueleto. Se fabricó y probó un prototipo para evaluar su rango máximo de movimiento y espacio de trabajo. Los resultados experimentales mostraron que después de usar el exoesqueleto, el rango de movimiento de la columna lumbar aún podía alcanzar más del 83.5% del estado sin el exoesqueleto, y su espacio de trabajo podía satisfacer los requisitos de movimiento de la columna lumbar para la vida diaria, verificando la racionalidad y viabilidad del diseño propuesto del mecanismo paralelo biomimético 4-SPU/SP.
Descripción
La hernia de disco lumbar es una de las principales causas de dolor lumbar, y su incidencia ha aumentado significativamente con el desarrollo de la industrialización. Para ayudar en la terapia de rehabilitación, este documento propone un exoesqueleto flexible para la rehabilitación lumbar activa basado en un mecanismo paralelo biomimético 4-SPU/SP. Al analizar la estructura anatómica y los mecanismos de movimiento de la columna lumbar, se diseñó un mecanismo paralelo de cuatro grados de libertad para imitar la rotación en tres ejes de la columna lumbar alrededor de los ejes coronal, sagital y vertical, así como el movimiento a lo largo del eje. Utilizando un sistema de captura de movimiento en 3D, se obtuvieron datos sobre el rango de movimiento de la columna lumbar para guiar el diseño estructural del exoesqueleto. Usando el método de cadena vectorial, se derivaron las ecuaciones de visualización para las articulaciones de accionamiento del mecanismo, y se establecieron y simularon modelos cinemáticos directos e inversos para verificar su precisión. Se analizaron y simularon las características dinámicas del mecanismo paralelo biomimético para proporcionar una base teórica para el diseño del sistema de control del exoesqueleto. Se fabricó y probó un prototipo para evaluar su rango máximo de movimiento y espacio de trabajo. Los resultados experimentales mostraron que después de usar el exoesqueleto, el rango de movimiento de la columna lumbar aún podía alcanzar más del 83.5% del estado sin el exoesqueleto, y su espacio de trabajo podía satisfacer los requisitos de movimiento de la columna lumbar para la vida diaria, verificando la racionalidad y viabilidad del diseño propuesto del mecanismo paralelo biomimético 4-SPU/SP.