Modelado cinemático, dinámico y validación de un dispositivo robótico asistencial para rehabilitación de rodilla
Kinematic and dynamic modeling and validation of an assistive robotic device for knee rehabilitation
Citación
Date
2019-01-18Author
Guatibonza Artunduaga, Andrés Felipe
Obtained degree
Ingeniero en Mecatrónica
Key words
; rehabilitacion medica; robotica; articulacion de la rodilla
Metadata
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Abstract
La articulación de la rodilla está frecuentemente expuesta a lesiones en personas de todas las edades. En todos los casos, la terapia física se prescribe para recuperar la fuerza y la movilidad de un paciente. Los dispositivos de asistencia robótica están ganando la atención de la comunidad y apuntan a mejorar la calidad de vida de los pacientes. En este artículo, se propone el diseño mecánico de un dispositivo de rehabilitación de rodilla de enlace de 5 barras basado en la definición de los parámetros físicos de la población colombiana y/o latinoamericana, de acuerdo a los datos de antropometría. Se obtiene el modelo dinámico completo del sistema de rehabilitación propuesto y se realizan las comparaciones respectivas de movimiento con el prototipo real para desarrollar y evaluar estrategias de control apropiadas en trabajos futuros. Para este propósito, se presenta la formulación cinemática del dispositivo y luego se deriva la dinámica utilizando dos enfoques para validar el modelo; se obtiene la ecuación de movimiento utilizando la aproximación de Lagrange y un método algebraico que simplifica el modelado. Ambas aproximaciones producen un modelo único, que se valida en simulación y en ensayos experimentales, mostrando la funcionalidad del sistema y la validez de los modelos cuando se realizan rutinas de rehabilitación.
The knee joint is frequently exposed to injuries in people of all ages. In all cases, physical therapy is prescribed to recover the strength and mobility of a patient. The robotic assistance devices are gaining the community attention and aim to improve the quality of life of patients. In this article, we propose the mechanical design of a 5-bar-linkage knee rehabilitation device based on the definition of the physical parameters of Colombian and/or Latin-American population, according to anthropomorphic data. We obtain the complete dynamic model of the proposed rehabilitation system and perform the respective comparisons of movement with the real prototype in order to develop and evaluate appropriate control strategies in future work. For this purpose, we present the kinematic formulation of the device and then we derive the dynamics using two approaches to validate the model; we obtain the motion equation using the Lagrange approach and an algebraic method that simplifies modeling. Both approaches yield a unique model, which is validated either in simulation and by experimental trials, showing the functionality of the system and the validity of the models when performing rehabilitation routines.
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- Ingeniería Mecatrónica [202]