Modelado de un Exoesqueleto Pasivo No Rígido - Descripción Matemática y Simulaciones Musculoesqueléticas
Autores: Musso, Matteo; Oliveira, Anderson Souza; Bai, Shaoping
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Exoesqueletos pasivos
Sector industrial
Trastornos musculoesqueléticos
Soporte para el hombro
Levantamiento de cargas
Simulación musculoesquelética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Hay una creciente aplicación de exoesqueletos pasivos en el sector industrial con el propósito de reducir la incidencia de trastornos musculoesqueléticos relacionados con el trabajo (TMR). Hoy en día, aunque se han desarrollado muchos exoesqueletos pasivos para el hombro para apoyar tareas en altura, presentan limitaciones en el apoyo a tareas como el levantamiento y transporte de cargas. Por lo tanto, se necesitan más desarrollos para tener una aplicación más amplia de estos dispositivos en el sector industrial. Este documento presenta un procedimiento de modelado de un exoesqueleto pasivo no rígido para el soporte del hombro que puede ser utilizado para evaluar el dispositivo en su fase de desarrollo. El modelado comenzó con la definición de las ecuaciones para describir la cinemática y dinámica del exoesqueleto para obtener el perfil de fuerza de soporte proporcionado por el dispositivo en función del ángulo de flexión del hombro. Luego se utilizó un software de simulación musculoesquelética para evaluar el efecto del dispositivo en el cuerpo humano. El perfil de fuerza de soporte calculado está en concordancia con el propósito del dispositivo, siendo la fuerza de soporte máxima obtenida para un ángulo de flexión del hombro de 85-90 grados. El valor máximo de la fuerza de soporte tuvo la misma magnitud que el reportado en el manual del usuario del dispositivo (3.5 kg). En particular, para una configuración determinada del exoesqueleto, el valor máximo de la fuerza de soporte calculado fue de 34.3 N, igual al reportado por el fabricante. La simulación musculoesquelética subsiguiente mostró la capacidad del dispositivo para reducir la activación muscular de los músculos agonistas como el deltoides anterior (-36.01%) en comparación con el caso en que no se utiliza el exoesqueleto. Los resultados musculoesqueléticos mostraron un efecto positivo del dispositivo sobre las fuerzas de reacción articular en la articulación glenohumeral con una reducción de hasta el 41.91%. En general, la metodología y el modelo matemático propuestos pueden ser utilizados para desarrollar aún más estos dispositivos, haciéndolos adecuados para una gama más amplia de tareas.
Descripción
Hay una creciente aplicación de exoesqueletos pasivos en el sector industrial con el propósito de reducir la incidencia de trastornos musculoesqueléticos relacionados con el trabajo (TMR). Hoy en día, aunque se han desarrollado muchos exoesqueletos pasivos para el hombro para apoyar tareas en altura, presentan limitaciones en el apoyo a tareas como el levantamiento y transporte de cargas. Por lo tanto, se necesitan más desarrollos para tener una aplicación más amplia de estos dispositivos en el sector industrial. Este documento presenta un procedimiento de modelado de un exoesqueleto pasivo no rígido para el soporte del hombro que puede ser utilizado para evaluar el dispositivo en su fase de desarrollo. El modelado comenzó con la definición de las ecuaciones para describir la cinemática y dinámica del exoesqueleto para obtener el perfil de fuerza de soporte proporcionado por el dispositivo en función del ángulo de flexión del hombro. Luego se utilizó un software de simulación musculoesquelética para evaluar el efecto del dispositivo en el cuerpo humano. El perfil de fuerza de soporte calculado está en concordancia con el propósito del dispositivo, siendo la fuerza de soporte máxima obtenida para un ángulo de flexión del hombro de 85-90 grados. El valor máximo de la fuerza de soporte tuvo la misma magnitud que el reportado en el manual del usuario del dispositivo (3.5 kg). En particular, para una configuración determinada del exoesqueleto, el valor máximo de la fuerza de soporte calculado fue de 34.3 N, igual al reportado por el fabricante. La simulación musculoesquelética subsiguiente mostró la capacidad del dispositivo para reducir la activación muscular de los músculos agonistas como el deltoides anterior (-36.01%) en comparación con el caso en que no se utiliza el exoesqueleto. Los resultados musculoesqueléticos mostraron un efecto positivo del dispositivo sobre las fuerzas de reacción articular en la articulación glenohumeral con una reducción de hasta el 41.91%. En general, la metodología y el modelo matemático propuestos pueden ser utilizados para desarrollar aún más estos dispositivos, haciéndolos adecuados para una gama más amplia de tareas.