Diseño de una articulación de rodilla basada en un mecanismo policéntrico de cuatro barras cruzado tipo Chebyshev

Hugo Luis Serrano; Yair Lozano; Rosalba Galván

doi:10.29057/icbi.v7iEspecial.4609

Hugo Luis Serrano Instituto Politécnico Nacional
Yair Lozano Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0000-0001-8157-3510
Rosalba Galván Instituto Politécnico Nacional

DOI: https://doi.org/10.29057/icbi.v7iEspecial.4609

Palabras clave: Prótesis transfemoral activa, Mecanismo 4-barras, Mecánismo Chebyshev, Síntesis geométrica, Dispositivos biomédicos

Resumen

En este trabajo se presentan los resultados del diseño de una articulación de rodilla para prótesis, exoesquelétos y robots bípedos.Para tal diseño, se hace uso de un mecanismo de cuatro barras, el cual es resultado de la síntesis geométrica para mecanismosplanares. La propuesta desarrollada tiene ventajas anatómicas para reproducir el movimiento de la rodilla sobre el eje sagital. Enel ciclo de marcha, se plantea una configuración de barras cruzadas, que mimetiza el desempeño de los ligamentos cruzados dela rodilla. De acuerdo a los resultados obtenidos, fue posible construir un prototipo con las cualidades mínimas de una prótesistransfemoral activa para realizar el ciclo completo de marcha, que sea adecúa a los parámetros de locomoción en adultos.

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.

Biografía del autor/a

Hugo Luis Serrano, Instituto Politécnico Nacional

Hugo Luis Serrano recibió el título de ingeniero en comunicaciones y electrónica en el Instituto Politécnico Nacional (IPN) de la Ciudad de México en el año 2010. Obtuvo el grado de maestro en tecnología avanzada en el 2014 en la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas del IPN. Actualmente es alumno del doctorado en ingeniería de sistemas robóticos y mecatrónicos en el IPN. Sus áreas de interés son el diseño y control de sistemas mecatrónicos orientados al desarrollo de dispositivos robóticos médicos.

Yair Lozano, Instituto Politécnico Nacional

Yair Lozano Hernández nació en Hidalgo, México. Obtuvo el título de ingeniero en control y automatización en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional (ESIME-IPN) en el año 2013. Sus estudios de maestría los realizo en la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas del Instituto Politécnico Nacional (UPIITA-IPN) en el 2016. Sus áreas de interés son: control automático, diseño de sistemas de control para UAVs, control de sistemas no lineales y sistemas subactuados

Rosalba Galván, Instituto Politécnico Nacional

La Dra. Rosalba Galván Guerra obtuvo los grados de Maestra en Ciencias y Doctora en Ciencias en el Departamento de Control Automático del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV-IPN)) en 2008 y 2011 respectivamente. Realizó estancias posdoctorales en la Facultad de Ingeniería de la UNAM en el periodo de 2013-2016 y fue investigador invitado en la Université de Technologié de Belfort-Montbeliard, Francia en 2015. Es profesora de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería campus Hidalgo del Instituto Politécnico Nacional (UPIIH-IPN) desde Agosto 2016. Su interés de investigación incluye: Control, Estabilidad, Sistemas Híbridos y Sistemas de Estructura Variable.

Citas

Etchechoury, M. d. R., 2001. Sistemas diferenciales-algebraicos: aplicaciones a perturbación singular y control. Ph.D. thesis, Facultad de Ciencias Exactas.

Gini, G., Scarfogliero, U., Folgheraiter, M., 2007. Human-oriented biped robot design: Insights into the development of a truly anthropomorphic leg. In: Proceedings 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation. IEEE, pp. 2910–2915.

Hamill, J., Knutzen, K. M., 2006. Biomechanical basis of human movement. Lippincott Williams & Wilkins.

Haug, E. J., 1984. Computer aided analysis and optimization of mechanical system dynamics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Haug, E. J., 1989. Computer aided kinematics and dynamics of mechanical systems. Vol. 1. Allyn and Bacon Boston.

Herr, H., Wilkenfeld, A., 2003. User-adaptive control of a magnetorheological prosthetic knee. Industrial Robot: An International Journal 30 (1), 42–55.

Kempe, A. B., 1875. On a general method of describing plane curves of the nth degree by linkwork. Proceedings of the London Mathematical Society 1 (1), 213–216.

Kempe, A. B., 1877. How to draw a straight line: a lecture on linkages. Macmillan and Company.

Martinez, R. C., Avitia, R. L., Bravo, M. E., Carranza, M. A. R., 2014. A low cost design of powered ankle-knee prosthesis for lower limb amputeespreliminary results. In: BIODEVICES. pp. 253–258.

Miller, L. A., Childress, D. S., may 2005. Problems associated with the use of inverse dynamics in prosthetic applications: An example using a polycentric prosthetic knee. Robotica 23 (3), 329–335. DOI: 10.1017/s0263574704001353

Narang, Y. S., Arelekatti, V. N. M., Winter, A. G., jul 2016. The effects of prosthesis inertial properties on prosthetic knee moment and hip energetics required to achieve able-bodied kinematics. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 24 (7), 754–763. DOI: 10.1109/tnsre.2015.2455054

Nikravesh, P. E., 1988. Computer-aided analysis of mechanical systems. Prentice-Hall, Inc.

Perry, J., 1992. Gait Analysis: Normal and Pathological Function. Slack Incorporated.

Poznyak, A., 2005. Modelado matemático de los sistemas mecánicos, eléctricos y electromecánicos.

Radcliffe, C. W., Deg, M., 2003. Biomechanics of knee stability control with four-bar prosthetic knees. In: Proc. ISPO Australia Annual Meeting.

Toussaint, G., 2003. Simple proofs of a geometric property of four-bar linkages. The American mathematical monthly 110 (6), 482.

Winter, D. A., 2009. Biomechanics and motor control of human movement. John Wiley & Sons.

Xydas, E. G., aug 2014. Synthesis and analysis of a chebyschev’s straight line four-bar linkage for generating a minimum jerk velocity profile. In: Volume 5A: 38th Mechanisms and Robotics Conference. ASME International. DOI: 10.1115/detc2014-35510