Optimal Synthesis of a Four-Bar Mechanism for the Knee Using Natural Coordinates for Kinematic Formulation

• Autores: Elkin Gregorio Flórez Serrano, Neider Nadid Romero Núñez, Yezid Alberto Flórez Martínez
• Localización: Tecnura: Tecnología y Cultura Afirmando el Conocimiento, ISSN-e 2248-7638, ISSN 0123-921X, Vol. 26, Nº. 73, 2022, págs. 115-129
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Síntesis óptima de un mecanismo de cuatro barras para la rodilla utilizando coordenadas naturales para la formulación cinemática
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• Resumen
  • español

    Objetivo:

    Este trabajo de investigación presenta el estudio y la simulación de un mecanismo de cuatro barras, así como la implementación de las coordenadas naturales como método alternativo y efectivo para el análisis cinemático.

    Metodología:

    Se desarrolla un método general para la síntesis optima de mecanismos para prótesis de miembro inferior mediante la implementación de herramientas de computación inteligente como los algoritmos genéticos, con el fin de reducir los tiempos de estudio.

    Resultados:

    Mediante estudios biomecánicos de la marcha, se obtuvieron la caracterización dimensional y parámetros de movimiento como el CIR de la articulación de la rodilla, con lo cual se desarrolló un modelo protésico, cuyo comportamiento mecánico estructural se estudió en condiciones de uso mediante el método de elementos finitos.

    Conclusiones:

    Se evidencia que el modelo de la prótesis cumple con los requisitos cinemáticos y es estructuralmente funcional bajo cargas estáticas y dinámicas que superan los valores nominales de carga real y evidencian factores de seguridad superiores a 7.

    Financiamiento:

    Universidad de Pamplona

  • English

    Objective:

    This research paper presents the study and simulation of a four-bar mechanism, as well as the implementation of natural coordinates as an alternative and effective method for kinematic analysis.

    Methodology:

    A general method for the optimal synthesis of mechanisms for lower-limb prostheses is developed by implementing intelligent computing tools such as genetic algorithms, with the purpose of reducing study times.

    Results:

    Through biomechanical march studies, dimensional characterization and motion parameters are obtained, such as the CIR of the knee joint, with which a prosthetic model was developed, whose structural mechanical behavior was studied under use conditions by means of the finite element method.

    Conclusions:

    It is evidenced that the prosthesis model fulfills the kinematic requirements and is structurally functional under static and dynamic loads that exceed the nominal values of real loads and evidence safety factors above 7.

    Funding:

    Universidad de Pamplona