Modelado cinemático, dinámico y validación de un dispositivo robótico asistencial para rehabilitación de rodilla

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 apunta...

Full description

Autores:
Guatibonza Artunduaga, Andrés Felipe
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Militar Nueva Granada
Repositorio:
Repositorio UMNG
Idioma:
spa
eng
OAI Identifier:
oai:repository.unimilitar.edu.co:10654/20902
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10654/20902
Palabra clave:
REHABILITACION MEDICA
ROBOTICA
ARTICULACION DE LA RODILLA
Assistive Robotics
Rehabilitation robotics
Kinematic modeling
Dynamic modeling
Robótica asistencial
Robótica de rehabilitación
Modelado cinemático
Modelado dinámico
Rights
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Derechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2019
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description 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.
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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.Pregradoapplication/pdfspaengDerechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2019https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Atribución-NoComercial-SinDerivadashttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Modelado cinemático, dinámico y validación de un dispositivo robótico asistencial para rehabilitación de rodillaKinematic and dynamic modeling and validation of an assistive robotic device for knee rehabilitationinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de gradoTexthttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fREHABILITACION MEDICAROBOTICAARTICULACION DE LA RODILLAAssistive RoboticsRehabilitation roboticsKinematic modelingDynamic modelingRobótica asistencialRobótica de rehabilitaciónModelado cinemáticoModelado dinámicoFacultad de IngenieríadIngeniería en MecatrónicaIngeniería - Ingeniería en MecatrónicaUniversidad Militar Nueva GranadaJ. Gerstner B. Manual de semiología del aparato locomotor. Universidad del Valle, 2004.M. Balbastre and M. Hervás. Patología de la rodilla guía de manejo clínico, 2011.Ferdinand P. Beer. Vector Mechanics for Engineers: Statics and Dynamics. McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2003.A. Beutler. Knee pain. https://www.uptodate.com/contents/knee-pain- beyond-thebasics?view=print., 2017. [Online; accessed 17-Sep-2017].P. Beyl, J. Naudet, R. Van Ham, and D. Lefeber. Mechanical design of an active knee orthosis for gait rehabilitation. In 2007 IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics, pages 100–105, June 2007.RA. Chaurand, LRP. León, and ELG Muñoz. Dimensiones antropométricas de población latinoamericana: México, cuba, Colombia, chile. Technical report, Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Arte, Arquitectura y Diseño, División de Tecnología y Procesos, Departamento de Producción y Desarrollo. 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