Modelo dinámico inverso para el apoyo al diseño de un exoesqueleto vestible de asistencia a la marcha

• DANIEL RODRÍGUEZ JORGE ^[1] ; ASHWIN JAYAKUMAR ^[1] ; JAVIER BERMEJO GARCÍA ^[1] ; FRANCISCO ROMERO SÁNCHEZ ^[1] ; FRANCISCO JAVIER ALONSO SÁNCHEZ ^[1]
  1. [1] Universidad de Extremadura

     Universidad de Extremadura

     Badajoz, España

     
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 25, Nº 2, 2021, págs. 75-84
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Design of an inverse dynamics model of a lower-limb assistance exosuit
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• Resumen
  • español

    En el marco del desarrollo de dispositivos para la asistencia de la marcha, destacan por su elevado grado de vestibilidad y menor peso y coste, aquellos conformados simplemente por los actuadores y una serie de puntos de anclaje localizados en las proximidades de las articulaciones a actuar. El esfuerzo se trasmite desde los actuadores hasta los puntos de anclaje a través de cables, aumentado el grado de confort del usuario al prescindir de los tutores que comúnmente se encuentran en exoesqueletos. Se aborda en este trabajo un análisis dinámico inverso, para obtener los pares articulares necesarios a lo largo de la marcha, como paso previo al dimensionamiento de los componentes del exoesqueleto a diseñar. Se plantea un modelo biomecánico plano con siete segmentos corporales (tres por pierna y el tronco) y los pares en cadera, rodilla y tobillo como principales acciones.

    Posteriormente, estos pares se distribuyen entre el sujeto y el exoesqueleto actuado por cable (exosuit) para distintas configuraciones de diseño. Este modelo, permite guiar el diseño del exoesqueleto en lo que respecta a factores tales como la posición de los puntos de anclaje, el número de actuadores preciso o la disposición de los cables, entre otros. A la hora de encontrar un diseño adecuado para la actuación y transmisión en el exoesqueleto, será posible, por ejemplo, tomar en consideración sobre qué articulación desea actuarse con mayor intensidad en función de las necesidades del proyecto, o incluso determinar si no ha de actuarse en absoluto sobre alguna de ellas. Podrá analizarse, además, la influencia de dichos parámetros de diseño sobre los parámetros de la transmisión y estudiarse la efectividad de los diseños propuestos y los encontrados en la literatura

  • English

    In the area of gait assistance, simple models based on cable-driven actuators with anchor points at the segments to be actuated stand out due to their high wearability, low weight and reduced cost. Force is transmitted from the actuators to the anchor points using cables, increasing user comfort by doing away with the rigid structures found in traditional exoskeletons. This paper deals with the inverse dynamics model to obtain joint torques needed during the gait cycle as a precursor to numerically dimension and design the components to develop an exosuit. A two-dimensional biomechanical model made up of seven segments was designed with three in each leg and one for the torso and torques in the hip, knee and ankle as the primary parameters. These torques are then distributed between the subject and the exosuit in different configurations. This model helps optimise the various characteristics of the exosuit such as the placement of anchor points, the exact number of actuators, cable arrangements among others. When finalising the force transmission system of the exosuit, it is possible to determine several variables such as: which joint(s) need the most external support and which ones are better left unactuated. The effect of the aforementioned design parameters on the force transmission, effectiveness of proposed designs in other literature can also be analysed.