应用于膝关节模拟器的控制系统综述

IF 0.4 Q4 ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY Ingenieria Pub Date : 2022-11-20 DOI:10.14483/23448393.19091
José Armando Olvera Balderas, Julio César Sosa-Savedra, Rubén Ortega González, José Dolores Oscar Barceinas Sánchez
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摘要

背景:30多年来,关节模拟和/或磨损机制一直被研究并应用于膝关节生物力学系统。然而,关于它们的控制和/或自动化策略,这些尚未得到广泛报道。本文的目的是介绍主要基于牛津和斯坦莫尔平台的不同平台和膝关节模拟器模型的技术开发进展。方法:对商业设备和科学文章的专利进行了全面审查。所使用的方法考虑了平台的运动学和动力学以及所使用的控制模型、执行器、接口和调谐方法,以及所开发的测试和系统误差。结果:就其控制和/或自动化策略而言,膝关节生物力学系统尚未得到广泛报道,因为其中许多是商业和专利的。有些平台是根据某些标准认证的,但它们只依赖于受控变量。此外,还对现有的不同类型的平台进行了详细比较,其中最突出的是带有PID控制器的液压模型。结论:有机会为膝盖模拟器提出新的设计和/或控制策略替代方案,这反过来又为提出其他关节的新设计以及对现有模型的改进开辟了可能性。
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Revisión de los sistemas de control aplicados a los simuladores de rodilla
Contexto: Los mecanismos de simulación y/o desgaste de articulaciones han sido estudiados y aplicados en sistemas biomecánicos de rodilla por más de 30 años. Sin embargo, estos no han sido ampliamente reportados en cuanto a sus estrategias de control y/o automatización. El objetivo de este trabajo es presentar los avances del desarrollo tecnológico de las diferentes plataformas y modelos de simuladores de rodilla, con base principalmente en las plataformas de Oxford y Stanmore. Método: Se realizó una revisión exhaustiva de las patentes de equipos comerciales y artículos científicos. El enfoque utilizado consideró la cinemática y dinámica de las plataformas y los modelos de control, los actuadores, la interfaz y el método de sintonización empleados, así como las pruebas desarrolladas y el error del sistema. Resultados: No se han reportado sistemas biomecánicos de rodilla de manera generalizada en lo que a sus estrategias de control y/o automatización se refiere, debido a que muchos de ellos son comerciales y patentados. Existen plataformas que están certificadas bajo ciertos estándares, pero solo dependen de la variable controlada. Adicionalmente, se presenta una comparación detallada de los distintos tipos de plataformas existentes, en la cual destacan los modelos hidráulicos con controladores PID. Conclusiones: Existe un  área de oportunidad para proponer nuevas alternativas de diseños y/o estrategias de control para simuladores de rodillas Esto, a su vez, abre la posibilidad de proponer nuevos diseños de alguna otra articulación, así como mejoras a los modelos existentes.
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