Simulation Study of the Upper-limb Wrench Feasible Set with Glenohumeral Joint Constraints

要約

この研究の目的は、上肢レンチ実行可能セット、つまり協働ロボット工学やコンピュータ支援人間工学におけるアプリケーション向けに、手元で達成可能な最大のレンチのセットの筋骨格ベースのモデルを改善することです。
特に、反復凸包法と呼ばれるレンチ能力評価を実行する最近の方法は、利用可能なモデルでは考慮されていない肩甲上腕関節における非転位および圧縮制限制約を統合するためにアップグレードされました。
元の反復凸包法と比較して、手の力容量の振幅、肩甲上腕関節の反力、および上肢の筋肉の調整に対するそれらの影響をコンピュータで調査します。
この結果は、元の反復凸包法を使用したレンチ実行可能セットの大部分の要素で関節窩上腕骨の脱臼の可能性があることと、修正が関節窩上腕関節での安定性制約を正確に満たしているという事実を強調しています。
また、誘発された筋肉の調整パターンは、安定化する筋肉、特に回旋筋腱板の筋肉の作用を促進し、文献によると既知の潜在的な不安定化の作用を低下させます。

要約(オリジナル)

The aim of this work is to improve musculoskeletal-based models of the upper-limb Wrench Feasible Set i.e. the set of achievable maximal wrenches at the hand for applications in collaborative robotics and computer aided ergonomics. In particular, a recent method performing wrench capacity evaluation called the Iterative Convex Hull Method is upgraded in order to integrate non dislocation and compression limitation constraints at the glenohumeral joint not taken into account in the available models. Their effects on the amplitude of the force capacities at the hand, glenohumeral joint reaction forces and upper-limb muscles coordination in comparison to the original iterative convex hull method are investigated in silico. The results highlight the glenohumeral potential dislocation for the majority of elements of the wrench feasible set with the original Iterative Convex Hull method and the fact that the modifications satisfy correctly stability constraints at the glenohumeral joint. Also, the induced muscles coordination pattern favors the action of stabilizing muscles, in particular the rotator-cuff muscles, and lowers that of known potential destabilizing ones according to the literature.

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