Co-simulación del Diseño Biomecánico para un Exoesqueleto Robótico del Miembro Inferior / Co-simulation of Biomechanical Design for a Robotic Exoskeleton for the Lower Limb

RESUMEN

Este trabajo muestra como la co-simulación incrementa las ventajas y decrementa las desventajas para el diseño del exoesqueleto. La metodología propuesta tiene tres estados el diseño de la parte biomecánica, el diseño mecánico y el sistema de control Para el análisis biomecánico, OpenSim® resuelve el sistema musculo-esquelético e incluye modelos para diferentes condiciones que pueden ser usados en el diseño de procesos. SolidWorks® que es aplicado en diseños asistidos por computadora evalúa la parte mecánica y Matlab® resuelve el sistema de control del exoesqueleto. Esto permite conseguir un diseño personalizado, que simula los movimientos de una marcha completa cubriendo las restricciones cinemáticas para lograr un movimiento natural y las limitaciones del usuario cuando tienen algún problema para caminar. El resultado muestra como es aplicada la co-simulación para hacer un prototipo virtual, como se unen y dependen los programas uno del otro. Aunque la simulación convencional de cada programa puede ahorrar dinero y tiempo, estos no resuelven completamente los problemas de diseño del exoesqueleto; por lo tanto la co-simulación es una excelente opción para la biomecánica, la mecánica y los sistemas de control que necesitan exactitud y rapidez en cada parte del proceso de diseño.

ABSTRACT

This work shows how the co-simulation increases the advantages and decreases the drawbacks for exoskeleton design. The proposed methodology has three stages the design of a biomechanical part, the mechanical design and the control system. For the biomechanical analysis, OpenSim ® solves the muscle-skeleton system and includes models for different conditions that can be used in the design process. SolidWorks® that is applied in assistive computer design evaluates the mechanical part of the exoskeleton and Matlab® solves the control system that takes over the exoskeleton. It allows getting a personalized design which simulates the complete walking movements, covering the kinematic restrictions to achieve a natural human movement and the user limitations when they have any problem for to walk. The results show how the co-simulation is applied to complete a virtual prototype and the programs are linked hand in hand. Although conventional simulation by one program can save money and time, it cannot solve the entire exoskeleton design problem; as a result the co-simulation is an excellent option in biomechanical, mechanical and control systems that need accurate and swift results in each part of the design process.