I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n  ( I J RA)   Vo l.  1 3 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 4 ,   p p .   4 2 3 ~ 43 1   I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6 ,   DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /i jr a . v 1 3 i4 . p p 4 2 3 - 43 1          423       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij r a . ia esco r e. co m   Desig n and  devel o pment of  knee  r eha bilitatio n robo t       Dev a s his h S ha rm a 1 ,   Sa hil   Aha m ed  Sh a ik 1 ,   Sa ra n R a j a g o pa l 1 ,   M a nju  M o ha n 2 ,   K u pp a n Chet t y   Ra m a na t ha n 3 ,   P a v a n K a ly a n L ing a m pa lly 3   1 D e p a r t me n t   o f   M e c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   H i n d u st a n   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   a n d   S c i e n c e ,   C h e n n a i ,   I n d i a   2 S c h o o l   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   Te c h n o l o g y ,   A st o n   U n i v e r si t y ,   B i r m i n g h a m ,   U n i t e d   K i n g d o m   3 S c h o o l   o f   M e c h a n i c a l   En g i n e e r i n g ,   S A S TR A   D e e me d   t o   b e   U n i v e r si t y ,   T h a n j a v u r ,   Ta mi l   N a d u ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   8 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   3 0 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Sep   1 7 ,   2 0 2 4       Th is  re se a rc h   p re se n ts  a   c o m p r e h e n siv e   d e si g n   a n d   a n a ly sis  o f  a   k n e e   re h a b il it a ti o n   p latf o rm   a ime d   a t   a id in g   i n d i v i d u a ls  wit h   k n e e   d y sfu n c ti o n .   Dy sfu n c ti o n   i n   t h e   k n e e   j o in t   c a n   lea d   to   a n   imb a lan c e   in   g a it   a n d   p o st u re   d u ri n g   a c ti v it ies   o f  d a il y   li v i n g   (AD Ls)  su c h   a s  sta n d in g ,   wa l k in g ,   a n d   ru n n in g .   T h is  stu d y   f o c u se s  o n   d e v e lo p in g   a   2 - d e g re e - of - fre e d o m   (2 - Do F )   k n e e   re h a b il it a ti o n   d e v ice   c a p a b le  o f   m imic k i n g   li n e a r  a n d   a n g u lar   m o v e m e n ts.  A  slid e r  m e c h a n i sm - b a se d   k n e e   re h a b il it a ti o n   d e v ice   is  d e v e lo p e d   a n d   sim u late d   a l o n g si d e   v a ri o u s  o th e r   m e c h a n ism s.  Th e   p ro p o se d   m e c h a n ism   a c h iev e s 3 2 . 5 °  o f  f lex io n   f o r  a   li n e a r  m o v e m e n t  o f  0 . 4 5   m   with in   6   se c o n d s,  o u t p e rfo rm in g   o t h e r  m e c h a n ism s.  To   v a li d a te  sim u latio n   re su lt s,   a   3 D - p rin ted   m o d e l  is  fa b rica ted ,   a n d   e x p e rime n tal  stu d ies   a re   c o n d u c ted   u n d e r  n o - l o a d   c o n d it io n s,  sh o win g   c lo se   a li g n m e n t  wit h   s imu latio n   o u tco m e s  with   a   d e v iatio n   o f   ±5 % .   Th e   d e v ice ’s  k e y   fe a tu re s  in c lu d e   p o rtab il it y ,   c o m p li a n c e ,   c o m p a c tn e ss ,   a n d   e n h a n c e d   stiff n e s s.  F u tu re   re se a rc h   will   in v o l v e   c o n d u c ti n g   p il o t  st u d ies   t o   fu rt h e r  e v a lu a te  th e   p ra c ti c a l  e ffica c y   a n d   p o te n ti a l  e n h a n c e m e n ts  o f   t h e   p ro p o se d   k n e e   re h a b il it a ti o n   p latfo rm .   K ey w o r d s :   Ass i s tiv e  d ev ice   Kn ee   r eh ab ilit atio n   Me ch an is m     R eh ab ilit atio n   r o b o ts   Stru ctu r al  an aly s is   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ku p p an   C h etty   R am an ath a n   Sch o o l o f   Me c h an ical  E n g in e er in g ,   SASTR A  Dee m ed   to   b e   Un iv er s ity   T h an jav u r ,   T am il Na d u ,   6 1 3 4 0 1 ,   I n d ia   E m ail:  k u p p a n ch etty @ m ec h . s astra . ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   Kn ee   r eh ab ilit atio n   is   ess en tial  f o r   ass is tin g   in d iv id u als  wh o   h av e  k n ee   in ju r ies  o r   h a v e  u n d er g o n e  k n ee   s u r g e r y   to   r eg ai n   s tr en g th ,   f u n ctio n ,   a n d   m o b ilit y   in   th e  k n ee   j o in t.  T h e   n ee d   f o r   k n ee   r e h ab ilit atio n   ar is es  d u e  to   lig am en t  tear s ,   f r ac tu r es,  o s teo ar th r itis ,   k n ee   s u r g er ies,  an d   k n ee   r e p lace m e n ts .   R eh ab ilit atio n   h elp s   in cr ea s e  m u s cu lar   s tr en g th   an d   j o in t  s tab ilit y ,   r ed u c es  p ain   a n d   s wellin g ,   an d   ai d s   in   tis s u e  r e p air ,   th er eb y   ac h iev i n g   th e  n atu r al   r an g e  o f   m o tio n   [ 1 ] ,   [ 2 ] .  T h e  k n ee   s y m m etr y   m o d el  em p h asizes  ac h iev in g   a  s y m m etr ical  r an g e   o f   m o tio n   an d   s tr en g th   p o s t - s u r g e r y ,   d esig n ed   to   o p tim ize  o u tco m e s   an d   p r o m o te  jo in t   h ea lth   [ 3 ] .   T r a d itio n al   r eh a b ilit atio n   p r o ce d u r es  p er f o r m ed   b y   p h y s io th e r ap is ts   ca n   b e  tim e - co n s u m in g   an d   s o m etim es les s   ef f icien t  [ 4 ] .   R o b o tic  tech n o l o g ies o p tim ize  t h e  r eh ab ilit atio n   p r o ce s s   b y   p r o v id in g   p h y s ician s   with   co n s tan t  f ee d b ac k ,   allo w in g   th em   to   ev alu ate  a n d   m o d if y   th er a p y   r eg im en s   as  n ee d e d   [ 5 ] – [ 7 ] .   R o b o tic   k n ee   r eh a b ilit atio n   d ev ices  h av e  b ec o m e  ess en tial  to o ls   in   r eh ab ilit atio n ,   o f f er in g   s ig n if ican t  b en ef its   o v er   tr ad itio n al  ap p r o ac h es.  T h ese   d ev ices  ca n   ad ju s t  to   th e  u n iq u e  ch ar ac te r is tics   o f   ea ch   p atien t,  en ab lin g   p er s o n alize d   th er a p y   an d   r ea l - tim e  p r o g r ess   tr ac k in g   [ 8 ] .   R ec en t  r esear ch   ad v an ce m en ts   in   k n ee   r eh ab ilit atio n   r o b o tics   d em o n s tr ated   s ig n if ican t  p o ten tial  in   im p r o v in g   r e h ab ilit atio n   o u tco m es.  T h ese  d ev elo p m e n ts   em p h asize  in n o v atio n s   in   s tr u ctu r al  d esig n ,   d r iv e  u n its ,   an d   co n tr o l  s tr ateg ies  aim ed   at  ad v an cin g   p er s o n alize d   r eh a b ilit atio n   ap p r o ac h es a n d   o p tim i zin g   p atien t c ar e   [ 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,   Vo l .   1 3 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 4 :  4 2 3 - 4 3 1   424   C u r r en tly ,   s ev er al  k n ee   r eh ab ilit atio n   to o ls   ar e  av ailab le,   e ac h   with   its   o wn   s et  o f   f ea tu r es,  d esig n   p r in cip les,  an d   m e ch an is m s .   T h ese  in clu d e  wea r a b le  te ch n o lo g y ,   co n tin u o u s   p ass iv e  m o tio n   ( C PM)   m ac h in es,  an d   r o b o tic  ex o s k eleto n s .   R o b o tic  ex o s k eleto n s ,   wh ich   ar e  ex ter n al  d ev ices  p lace d   ar o u n d   th e   lo wer   lim b ,   aid   in   k n ee   m o v em en t  b y   p r o v id in g   m ec h an i ca l  s u p p o r t  an d   ca n   b e  p r o g r am m ed   to   co n tr o l  s p ec if ic  jo in t  tr ajec to r ies  [ 1 0 ] .   W ea r ab le  tech n o lo g y   m o d els,  o n   th e  o th er   h an d ,   ar e  p o r tab le  an d   s m all,   m ak in g   th em   ea s y   to   in co r p o r ate  in to   r eg u la r   ac tiv ities .   C PM  m ac h in es  co n s is t  o f   a   m o to r ized   d ev ice   th at   m o v es  a  jo in t  p ass iv ely   th r o u g h   a  p r ed eter m i n ed   r an g e  o f   m o tio n .   T h ese  d ev ices  ca n   allev iate  jo in t  s tiff n ess   an d   e n h an ce   th e   r an g e  o f   m o tio n   f o llo win g   s u r g er y   b y   p r ev en tin g   s ca r   tis s u e  f o r m atio n ,   p r o m o tin g   cir cu latio n ,   an d   allo win g   ad j u s tab le  k n ee   f lex io n s .   Ho wev er ,   C PM  m ac h in es  p r im ar il y   p r o v id e  p ass iv e   m o tio n   an d   d o   n o t a d d r ess   m u s cle  wea k n ess ,   o f f er in g   lim ite d   f u n ctio n al  tr ain in g   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T o   o v er c o m e  th e  lim itatio n s   f o u n d   in   e x is tin g   m o d els,  th is   r esear ch   aim s   to   d ev elo p   a  2 - d eg r ee - of - f r ee d o m   ( Do F)  k n ee   r eh ab il itatio n   d ev ice  th at  p r o v id es   b o th   lin ea r   a n d   an g u lar   ac tu atio n   m o v e m en ts   s im u ltan eo u s ly .   T h is   d e v ice  p r o v id es  th e  n ec ess ar y   ac t u atio n   f o r   f lex i o n   a n d   e x ten s io n   m o tio n s .   T h e   p r o p o s ed   k n ee   r o b o tic  s y s tem   is   d esig n ed   to   b e  co m p ac t,  c o s t - ef f ec tiv e,   an d   a d ap tab le  f o r   u s e  b y   m u ltip le  p atien ts ,   en s u r in g   a n   ef f ec tiv e  an d   ef f icien t  r eh ab ilit atio n   p r o ce s s .       2.   RE L AT E D  WO RK   A  cr itical  r ev iew  was  co n d u c ted   to   ex a m in e  th e   u s e  o f   d if f er en t  ty p es  o f   r o b o tic  d ev ice s   in   k n ee   r eh ab ilit atio n   an d   s tated   th e  s ig n if ican ce   o f   r e h ab ilit atio n   a n d   th e  r o le  o f   d if f er en t  r o b o t ic  d ev ice  ty p es  in   k n ee   r eh a b ilit atio n   [ 1 0 ] ,   [ 1 3 ] .  A  lo wer - lim b   r eh ab ilit atio n   r o b o t ,  h u m an   ad a p tiv e  m ec h at r o n ics  ( HAM )   was  d ev elo p e d   with   th e  f r a m ewo r k   f o r   p atien ts   with   p ar aly s i s ,   wh ich   is   aim ed   to   en h a n ce   h u m an - m ac h in e  in ter ac tio n   an d   s k ill  im p r o v e m en t.  T h is   r o b o t’ s   m ec h an is m   in clu d es  th r ee   r o tar y   jo in t s   with   cr an k   r o ck er   m ec h an is m s ,   o f f e r in g   f lex ib ili ty   to   ca ter   t o   d iv e r s e  u s er   n ee d s   [ 1 4 ] .  C PM  m ac h in e - b ased   k n ee   r e h ab ilit atio n   is   co n s id er ed   to   p r o m o te  jo i n t  m o b ilit y ,   r e d u ce   s tiff n ess ,   an d   n at u r ally   ac h ie v e  th e  k n ee ’ s   r an g e  o f   m o tio n   [ 1 1 ] .   Similar ly ,   a  s ep ar ate  s tu d y   f o cu s ed   o n   d ev elo p i n g   a  1 - Do F r o b o t th at  o f f er s   p ass iv e,   ac tiv e,   an d   r esis tiv e  ex er cise  ca p ab ilit ies  u s in g   p o s itio n   an d   f o r ce   c o n tr o l  tech n iq u es  [ 1 5 ] .   T h e   s elec tio n   o f   a p p r o p r iate   m ec h an is m s   f o r   lin ea r   an d   an g u lar   ac tu atio n   is   cr u cial  in   th e  d esig n   o f   r eh ab ilit atio n   r o b o ts   [ 1 6 ] .   A   co m p r eh e n s iv e  d esig n   an d   a n aly s is   o f   s ix   d if f er en t  lin ea r   m ec h an is m s   was  co n d u cte d   to   e v alu ate  th eir   s u itab ilit y   f o r   k n ee   r eh ab ilit atio n   ap p licatio n s .   T h e  m ec h a n is m s   s tu d ied   in clu d ed   lea d   s cr ew,   h y d r a u lic,   4 - b ar ,   r o ller - b ased   b elt,   g r ass h o p p e r ,   an d   r ac k   an d   p in io n   s lid er   m ec h an is m s .   E ac h   m ec h a n is m   o f f er s   u n iq u e   ch ar ac ter is tics   an d   ad v an ta g es  th at  ca n   co n t r ib u te  to   th e   ef f e ctiv en ess   an d   f u n ctio n ality   o f   k n ee   r eh a b ilit atio n   r o b o ts .   M o r eo v er ,   o th er   m o d e ls   ar e  ex p e n s iv e,   c o m p lex ,   an d   ch allen g in g   to   s et  u p   f o r   p e r s o n al  u s ag e,   o f te n   r eq u ir in g   th e   ass is tan ce   o f   a   p h y s io th er ap is t  [ 1 2 ] .   Min im izi n g   m o to r   s lip p ag e   is   a  cr itical  f ac to r   f o r   ac h iev in g   id ea l  r eh a b ilit atio n   o u tc o m es,   as  it  d ir ec tly   af f ec ts   e n er g y   l o s s es  an d   ac cu r ac y .   T h er ef o r e,   ad d r ess in g   th ese  is s u es i s   cr u cial  f o r   th e  d ev elo p m en t o f   an   o p tim al  k n ee   r eh a b ilit atio n   r o b o t.   B ased   o n   th e   liter atu r e   s u r v e y ,   it  was  in f er r ed   th at   ac h iev i n g   o p tim al  r a n g e   o f   m o tio n   o f   th e  k n ee   r eq u ir es  ca r ef u l  co n s id er atio n   o f   th e  an g le  at  wh ich   th e  ac tu atio n   is   p er f o r m ed ,   wh ile  also   tak in g   in to   ac c o u n t   th e  co m f o r t  o f   th e  p atien t.  Fu r th er m o r e ,   th e  s tu d y   h ig h lig h t s   th e  u tili za tio n   o f   th e  lead   s c r ew  m ec h an is m   f o r   an g u lar   ac tu atio n   p u r p o s es,  s p ec if ically   in   liftin g   th e  to p   f r am e  th at  in co r p o r ates  th e  lin ea r   ac tu atio n   m ec h an is m   [ 1 7 ] .   T h e  lead   s cr ew  m ec h an is m   o f f er s   a  s tr ai g h tf o r war d   an d   ef f icien t  s o lu tio n   f o r   g en er atin g   lin ea r   m o tio n   with   h ig h   r eso lu tio n   ac h iev ab le  m a k in g   it  s u itab le  to   in itiate  an g u lar   ac tu atio n   with   s o m e  d esig n   ad d itio n   s o   we  in co r p o r ated   th is   d esig n   ap p r o ac h .   E x is tin g   liter atu r e  r ev ea ls   a  g ap   in   th e  d ev elo p m en t   o f   a  C PM  r o b o t  s p ec if ically   d esig n ed   with   2 - Do F  ( lin ea r   an d   elev atio n )   to   f ac ilit ate  a  cu r v ed   r an g e  o f   m o tio n   in   k n ee   r e h ab ilit atio n ,   h ig h lig h tin g   th e  tar g eted   f o cu s   o f   o u r   cu r r en t  r esear ch   [ 1 8 ] .   T h e  liter atu r e  r ev iew  also   h ig h lig h ts   th e  p o ten tial o f   k n ee   r e h ab ilit atio n   r o b o ts   in   im p r o v in g   m o b ilit y   an d   s tr en g th   f o r   in d iv id u als  w ith   k n ee   in ju r ies  o r   d is ab ilit ies.  T h e  s tu d y   o f   v ar io u s   v ar iab les  an d   ac tio n s   th at  ar e  in clu d ed   i n   th e  m o tio n   o f   th e  p atella  ( k n ee )   in   th e  h u m an   b o d y   is   d eter m in ed   b y   s u r v e y in g   an d   c o llectin g   d ata  b ased   o n   p ar a m eter s   s u ch   as  g en d er ,   ag e ,   b o d y   m ass   in d ex   ( B MI ) ,   an d   k n ee - to - f o o t   len g th .   I t  h elp e d   in   th e  s elec tio n   o f   ap p r o p r iate  m ec h an is m s   f o r   lin ea r   an d   an g u lar   ac tu atio n   wh ich   is   cr u cial,   with   th e  r ac k   an d   p in io n - b ased   s lid er   m ec h an is m   id en tifie d   as  th e  m o s t  s u itab le  ch o ice  f o r   lin ea r   ac tu ati o n .   T h e  lea d   s cr ew  m ec h an is m   p r o v es  e f f ec tiv e  f o r   an g u lar   ac tu atio n   b y   liftin g   th e   to p   f r am e   [ 1 7 ] .   Fu r th er m o r e,   t h e  liter atu r e   r ev iew  h ig h lig h ts   th e  s ig n if ican ce   o f   co n d u ctin g   a  co m p r eh en s iv e  s tr u ctu r al  an al y s is   f o r   f ab r icatin g   r eh ab ilit atio n   d e v ices  u s in g   t h er m o p last ics  [ 1 9 ] .   T h e   s elec tio n   o f   t h er m o p last ics  f o r   f ab r icatio n ,   k n o wn   f o r   th eir   ad v an ta g eo u s   p r o p er ties   s u ch   as  h ig h   s tr en g t h - to - weig h t  r atio   an d   e x ce llen t  im p ac t  r esis tan ce   [ 2 0 ] ,   h as   co n tr ib u ted   to   ac h iev i n g   a  d u r ab le   an d   ef f icien t  d esig n   s u itab le  f o r   th e  i n ten d ed   a p p licatio n   o f   k n e e   r eh ab ilit atio n .   I n teg r atin g   co n tr o l  s tr ateg ies  s u ch   as  b io - s i g n als,  p o s itio n ,   f o r ce ,   an d   ad ap tiv e  co n tr o l  will  en h an ce   p atien t  en g a g em en t,  tailo r   ass i s tan ce   lev els,  p r o m o te  ac tiv e  p ar ticip atio n ,   an d   p r o v id e  p er s o n alize d   ass is tan ce   b ased   o n   in d i v id u al   n ee d s   an d   p r o g r ess   [ 2 1 ] ,   i n teg r atio n   o f   elec tr o m y o g r a p h y   ( E MG ) ,   an d   m o tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6         Desig n   a n d   d ev elo p men t o f k n ee   r eh a b ilit a tio n   r o b o t ( Dev a s h is h   S h a r ma )   425   s en s o r s   to   m o n ito r   p atien t  r e co v er y .   Ad d itio n ally ,   th e  in c o r p o r ati o n   o f   s k in   c o n d u ctiv ity   s en s o r s   f o r   m o r e   p r ec is e  p ain   m o n ito r in g   a n d   t h e  o p tim izatio n   o f   co n t r o l  al g o r ith m s   will  aid   th e  r eh ab ili tatio n   p r o ce s s   [ 2 2 ] .  Usi n g   a  p n eu m atic  ar tific ial  m u s cle  ( PAM)   ac tu ato r ,   an d   a   n eu r al  n etwo r k   co n tr o l  ap p r o ac h   is   also   ex p lo r ed   in   k n ee   r e h ab ilit atio n ,   to   o v er c o m e   ch allen g es lik e  air   co m p r ess ib ilit y   an d   lack   o f   d a m p in g   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .       3.   M E T H O DO L O G Y   T h e  o b jectiv e  was  to   d esig n   a n d   ev alu ate  th ese  m ec h an is m s   to   ac h iev e  th e  r e q u ir e d   f lex io n   m o tio n s   f o r   an   ef f ec tiv e  r eh ab ilit atio n   p r o ce d u r e.   Fig u r e  1   illu s tr ates  th e  d etailed   p r o ce s s   f lo w  o f   t h e  d esig n .   T h e  n ee d   to   d eter m in e   th e  e x ten s io n   le n g th   o f   th e   f o o t  an d   in clin ati o n   is   cr u cial  t o   ex ec u te  th e  a ctu atio n   an d   f lex i o n   m o v em en t.  T h e  av er ag e  f o o t  len g th   was  f o u n d   to   b e  0 . 1 8 5   m   an d   th e  av er ag e  leg   weig h t  i.e . ,   lo wer   lim b   weig h t  1 1 . 5   k g .   Als o ,   th e   r an g e  o f   m o tio n   ( R o M )   f o r   th e  k n ee   ex ten s io n   an g le  to   b e  ac h iev ed   b y   th e  p atien t   p o s t - s u r g er y   is   6 5 °  f o r   ea s e  o f   m o v em en t  o f   th e  k n ee ,   wh ich   r ed u ce s   an d   lim its   th e  p ain   to   th e  p atien t  d u r in g   th e  ex ten s io n   an d   r etr ac tio n   p r o ce s s   d u r in g   th e   r eh a b ilit atio n   p r o ce d u r e  [ 1 1 ] .           Fig u r e  1 .   W o r k f lo w  ch ar t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,   Vo l .   1 3 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 4 :  4 2 3 - 4 3 1   426   Fig u r e  2   s h o ws  th e  lo wer   p ar t  o f   th e  leg   wh ich   in clu d es  th e  k n ee   an d   h ee l  r eg io n ,   h er   d ash ed   r ed   lin es  in d icate   a  s tr ict ly   lin ea r   p ath   with o u t  an y   an g u lar   ac t u atio n   an d   th e  g r ee n   cu r v ed   l in e  s h o ws  th e  p ath   ac h iev ed   b y   th e  f o o t  wh e n   b o t h   lin ea r   an d   an g u lar   ac tu atio n s   tak e  p lace .   T h e  d ata  f o u n d   a n d   co llected   is   u s ed   f o r   d esig n i n g   th e  f r am ewo r k   o f   th e  s y s tem   th at  is   cr ea ted   i n clu d in g   t h e  in clin atio n   an d   r an g e  o f   m o tio n   [ 1 1 ] .  T h e  ac tu atio n   m et h o d s   ar e  cl ass if ied   in to   two   ca teg o r ies,  i. e. ,   lin ea r   an d   r o tar y   ac tu atio n   r esu ltin g   in   2 - D o F  m o tio n   to   o b tain   th e   cu r v at u r e   p r o jectile  f o r   th e  k n ee   jo in t to   m o v e  [ 2 5 ] .           Fig u r e  2 .   Fra m e  d iag r am   o f   t h e  m ec h an is m   an d   p o s itio n   o f   t h e  h u m a n   lo wer   lim b       3 . 1 .     L inea r  a ct ua t io n m ec ha nis m   A  s tu d y   was  c o n d u cted   o n   p o s s ib le  m ec h an is m s   th at  co u ld   allo w  th e  to p   f r am e   to   m im ic  1 - Do F   o f   k n ee   m o tio n   wh ic h   is   th e  lin ea r   m o tio n .   Fig u r e  3   s h o ws  th e  m ec h an is m s   th at  wer e  d esig n ed   an d   s tu d ied ,   wh ich   wer e  s lid er   b ased   m ec h an is m ,   g r ass h o p p er   m ec h an i s m ,   lead   s cr ew - b ased   m ec h an is m ,   r o ller   b elt,   a n d   4 - b ar   m ec h an is m ,   an d   r ac k   an d   p in io n   m ec h a n is m   was u s ed   to   ac h iev e  th e  f lex io n   an d   e x te n s io n   m o tio n   [ 2 6 ] .   B ased   o n   th e  s tu d y ,   it  is   f o u n d   th at  th e  lin ea r   ac tu atio n   s h o u l d   b e  d o n e  at  a  ce r tain   a n g le  as  s h o wn   in   Fig u r e  4 ,   to   ac h iev e  o p tim u m   an d   b etter   r esu lts ,   wh ile  co n s id er in g   th e  c o m f o r ts   o f   th e   p a tien t  to   ac h iev e  th e   s am e  ty p e  o f   ac tu atio n   d ev ice s   s u ch   as  h y d r au lic  cy lin d e r s ,   p n eu m atic  cy lin d er s ,   tan d em   c y lin d er ,   g ea r - b ase d   m ec h an is m   an d   a  m an u al  s lo t  b ar   m ec h an is m   to   ad ju s t  th e  lin k ag es  ac co r d i n g   to   p atien ts   c o m f o r ta b ilit y .   T h is   ca n   b e  u s ed   t o   lift  th e  to p   f r am e  wh ich   co n tain s   a  m ec h an is m   f o r   lin ea r   ac tu atio n   t h at  was p r o p o s ed   [ 1 0 ] .           Fig u r e  3 .   Dif f e r en t lin ea r   ac t u atio n       3 . 2 .     Str uct ura l a na l y s is   T o   v e r if y   th e   m o d el   th e   s tr u c tu r e  an al y s is   is   n ee d ed   to   an aly ze   th e   lo ad   an d   th e   m ater i al  lo ad in g   ca p ac ity   o f   th e  in teg r ated   m o d el.   T h e  m ater ial  p o ly im id e   ( PI)   th er m o p last ic  an d   alu m in iu m   allo y   f o r   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6         Desig n   a n d   d ev elo p men t o f k n ee   r eh a b ilit a tio n   r o b o t ( Dev a s h is h   S h a r ma )   427   jo in ts   an d   co n n ec tio n   r esp ec ti v ely   wer e  c o n s id er ed   b ased   o n   th eir   p r o p e r ties   at  s p ec if ic  lo ca tio n s   f o r   test in g ,   m ak in g   th e m   d u r ab le,   lig h twei g h t,  an d   f ea s ib le  [ 2 0 ] .   T h e  s tatic  s tr u ctu r al  an aly s is   i s   ca r r ied   o u t  o n   3   d if f er e n t  p o s itio n s :  h o m e  p o s itio n ,   m id   p o s itio n ,   an d   f u lly   ex ten d e d   p o s itio n   to   d e ter m in e  th e  s tr u ctu r al  in teg r it y   o f   th e  m o d el.   Fig u r e  5   e x p licitly   d ep icts   th e  s tr u ctu r al  an aly s is   in   2   p o s itio n s   i.e .   h o m e   an d   f u lly   ex ten d ed   p o s itio n .   T h e  f o r ce   a p p li ed   o n   th e   f o o t p late  p lace d   o n   th e  s lid er   is   1 5 0   N,   with   f ix ed   s u p p o r t  ap p lied   o n   th e  b ase.   T h e  n et  f o r ce   1 5 0   N   is   th e  f o r ce   ac tin g   o n   th e  lo wer   lim b   weig h t  o n   t h e  m ac h in e,   s af ety   f ac to r   ( 1 . 3 3 ) ,   an d   g r a v itatio n   f o r ce   i.e .   F  =     × 1 . 33 .           Fig u r e  4 .   Fin alize d   d esig n   to   a ch iev e  cu r v ed   p at h   u s in g   two   m ec h an is m s           Ho m e  p o s itio n   E x ten d ed   p o s itio n     Fig u r e  5 .   T o tal  d ef o r m atio n   at   th e  ( a)   h o m e  a n d   ( b )   ex te n d ed   p o s itio n           Ho m e  p o s itio n   E x ten d ed   p o s itio n     Fig u r e  6 .   E q u iv alen t stre s s       Def o r m atio n   is   ty p ically   m ea s u r ed   u s in g   d is p lace m e n t,  wh ic h   is   d ef in ed   as  th e  ch an g e  in   p o s itio n   o f   a  p o in t  in   a   s tr u ctu r e.   A  s tr e s s   an aly s is   wa s   p er f o r m ed   as  s h o wn   in   Fig u r e  6   a n d   o b s er v ed   th at  th e   s tr ess   d is tr ib u tio n   with in   a  s tr u ctu r e  is   ca lcu lated   u s in g   An s y s   u n d er   v a r ied   lo ad in g   cir c u m s tan ce s .   T h e  s tr es s   d is tr ib u tio n   ca n   b e  a p p lied   to   d eter m in e  th e   s tr u ctu r e’ s   m a x im u m   s tr ess   s ites   an d   lik ely   f ai lu r e  m o d es.  An s y s   s tr ain   an aly s is   is   u s ed   to   ca lcu late  th e  d is tr ib u tio n   o f   s tr ain   with in   a  s tr u ctu r e  [ 1 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,   Vo l .   1 3 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 4 :  4 2 3 - 4 3 1   428   4.   RE SU L T S  AND   D I SCU SS I O N   A  co m p r e h en s iv e  co m p ar is o n   o f   s ix   lin ea r   m ec h an is m s   i s   p r o v id e d   in   T ab le  1 .   T h e   l ea d   s cr ew   m ec h an is m   is   a  s im p le  an d   le s s   co m p lex   d esig n   with   f ewe r   m ec h an ical  p a r ts   wh ich   is   ea s y   to   im p lem en t  b u t  ex h ib its   r elativ ely   h ig h - p o wer   co n s u m p tio n   an d   th e  m o v e m en t  o f   its   co m p o n e n ts   co u l d   p o ten tially   ca u s e   d am ag e  to   jo i n ts   if   r ef lex   ac tio n s   o cc u r r ed .   T h e  r o ller   b e lt  m ec h an is m ,   wh ile  o f f er i n g   lin ea r   m o tio n   a n d   f lex ib ilit y   in   r o u tin g ,   s u f f er e d   f r o m   s lip p ag e  is s u es  th at  co u ld   ad v er s ely   af f ec t  th e  k n ee   d u e   to   s u d d en   m o v em en ts .   T h e  4 - b ar   m ec h an is m ,   alth o u g h   ca p ab le  o f   i m p lem en tatio n   in   a  s leep in g   p o s tu r e,   was  f o u n d   u n s u itab le  f o r   th e   in ten d ed   p u r p o s e  [ 1 9 ] .   T h e  g r ass h o p p er   m ec h an is m ,   d esp ite  its   u n iq u e  m o tio n ,   d ev iated   f r o m   p u r el y   lin ea r   m o tio n   an d   r eq u ir e d   a   lar g e   s etu p ,   m ak in g   it  im p r ac tical.   T h e   h y d r au lic - b ased   m ec h a n is m   d is p lay ed   a  h u g e  s etu p ,   h ig h   c o s t,  an d   s ig n if ican t  p o wer   c o n s u m p tio n ,   wh ich   wer e  d ee m e d   u n d esira b le.       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   o f   lin ea r   ac tu atio n   m ec h a n is m s   F a c t o r s   R o l l e r - b a s e d     l i n e a r   a c t u a t i o n   S l i d e r - b a se d     l i n e a r   a c t u a t i o n   F o u r - b a r     mec h a n i sm   b a se d   G r a ssh o p p e r   mec h a n i sm   Le a d   s c r e w   mec h a n i sm   b a se d   H y d r a u l i c   c y l i n d e r   b a se d   M o t i o n   N o n - l i n e a r   P u r e l y   l i n e a r   P u r e l y   l i n e a r   Li n e a r   P u r e l y   l i n e a r   P u r e l y   l i n e a r   P o w e r   c o n su mp t i o n   H i g h   Lo w   Lo w   Lo w   Lo w   V e r y   h i g h   S l i p p a g e   Y e s   No   Y e s   Y e s   No   No   C o m p l e x i t y   H i g h   Lo w   H i g h   H i g h   Lo w   M o d e r a t e   Li n k s   To o   ma n y   Le ss   To o   ma n y   To o   ma n y   To o   ma n y   Le ss   C o s t   H i g h   Lo w   M o d e r a t e   M o d e r a t e   M o d e r a t e   V e r y   h i g h   M a i n t e n a n c e   H i g h   M o d e r a t e   Lo w   Lo w   M o d e r a t e   V e r y   h i g h   M o t i o n   p r e c i si o n   Le ss    a c c u r a t e   H i g h l y     a c c u r a t e   M o d e r a t e l y     a c c u r a t e   M o d e r a t e l y     a c c u r a t e   H i g h l y     a c c u r a t e   M o d e r a t e l y     a c c u r a t e   M e c h a n i sm   R o l l e r   a n d   b e l t   R a c k   a n d   p i n i o n   4 - b a r   mec h a n i sm   M o d i f i e d   S c o t t   R u ssel ’ s   Le a d   s c r e w   H y d r a u l i c   a c t u a t i o n       Fig u r e  7   p r esen ts   th e  f in al  d esig n   to   ac h iev e  a   cu r v ed   p ath   u s in g   two   m ec h a n is m s .   Fro m   T ab le  1 ,   it  is   o b s er v ed   th at  th e  s lid er - b ased   lin ea r   m ec h an is m   with   r ac k   an d   p in io n   o f f er s   lin e ar   m o tio n   with   n o   s lip p ag e,   en a b lin g   b etter   c o n t r o l  an d   r e d u ce d   en e r g y   co n s u m p tio n .   Similar ly ,   f o r   t h e  ele v atio n   m o tio n ,   lead   s cr ew - b ased   ac tu atio n   was  s elec ted   co n s id er in g   th e  s lip p ag e,   to ler an ce ,   weig h t - to - f o r ce   r atio ,   an d   o t h er   co n s tr ain ts .   T h e  s lid er   m ec h a n is m   p r o v id es  th e  f i n al  m o tio n   to   th e  s y s tem   in   ter m s   o f   li n ea r ity .   T h e  m ai n   m ec h an is m s   to   tr an s m it  en er g y   f r o m   s tep p er   m o to r s   ar e   b ev el  an d   th en   r ac k   an d   p in io n .   T h e  m o to r   s h af t  will  b e  co n n e cted   to   th e   b ev el  g ea r   an d   th e  m o tio n   will  b e  tr a n s m itted   to   th e  p in i o n   v ia  a   ca n t er ed   s h af t.  T h e   r ac k   is   co n n ec ted   to   th e  s lid er   an d   p in io n s   m o v e  th e  s lid er   v ia  r a ck s .   T h e  s lid er   m ec h an is m   ca n   also   co m p en s ate  f o r   an y   r e f lex   ac tio n s   b y   th e  u s er .   T o   elev ate  th e  to p   f r am e  s im u ltan eo u s ly   wh en   th e  s lid er   ac tu ates,  th e  lead   s cr ew  m ec h an is m   is   co n s id er ed   to   p er f o r m   th e  m o tio n   ac c o r d in g   to   r eq u i r em en ts   an d   th e  co m p a r ativ e  s tu d y   p r o v id e d   ab o v e.   T h e  lead   s cr e w  elev atio n   m ec h a n is m   is   d esig n ed   to   ac h iev e  u p   to   3 2 . 5 ° o f   elev atio n .           Fig u r e  7 .   Fin al  d esig n   to   ac h ie v e  cu r v e d   p ath   u s in g   two   m ec h an is m s       T h e  lead   s cr ew  len g th   is   0 . 3   m   an d   its   p itch   is   0 . 0 0 4   m .   T h is   m ec h an is m   is   s in g le  le ad   as  o n e  r ev o lu tio n   m o v es  th e  ca r r iag e   0 . 0 0 4   m .   I n   th e  an aly s is   s tu d y ,   th e  to tal  d ef o r m atio n   le v els  f r o m   th e  d if f er e n t  p o s itio n s   o b tain e d   ar e   4 × 10 - 6  m   to   3 . 0 3 × 10 - 4  m   wh e n   th e   m o d e l  is   an aly ze d   f r o m   th e   b ase  p o s itio n   to   a  f u lly   ex ten d ed   co n d itio n .   T h e  d e f o r m atio n   was  ch ec k ed   f o r   th e   lo ad   co n d itio n s   in   th e  h o m e  an d   an   ex ten d ed   p o s itio n   in   t h e  s im u latio n   s tu d ies.  I t  f o u n d   th at  d u r in g   th e   lo ad ed   co n d itio n s ,   th e   d ef o r m atio n   was  0 . 1 4 %   f r o m   h o m e  to   a  f u lly   ex ten d e d   p o s itio n ,   wh ich   is   m in im al  f o r   th e  g iv e n   m ater ial.   T h is   en s u r es  th at  r an g e  h as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6         Desig n   a n d   d ev elo p men t o f k n ee   r eh a b ilit a tio n   r o b o t ( Dev a s h is h   S h a r ma )   429   n o   n e g ativ e  im p ac ts   o n   th e  k n ee   jo in t’ s   m o v em en t   in   t h e  m ac h in e’ s   p r ac tical  o p er atio n .   I t  ca n   b e  s tated   th at   th e  m o d el  is   s af e  to   o p er ate  u n d er   n o r m al  co n d itio n s .       5.   P RO T O T YP E   T h is   s y s tem   co n s i s ts   o f   a  2 - Do F  ac tu atio n   m ec h an is m   an d   lin ea r   an d   an g u lar   ac tu atio n .   A  lead   s cr ew - b ased   m ec h an is m   is   u s ed   to   elev ate   th e  to p   f r am e  f r o m   th e  b ase  p o s itio n   with   th e   d esire d   in clin atio n ,   an d   a  r ac k   an d   p in i o n - b ased   m ec h an is m   is   u s ed   with   a  b e v el  g ea r   tr a n s m is s io n   m ec h a n is m   f o r   th e   lin ea r   ac tu atio n   o f   t h e  s lid er   m ec h a n is m .   A  p r o to t y p e  at  a  1 :3   s c ale  is   d ev elo p ed   with   f u s ed   d ep o s itio n   m o d elin g   ( FDM )   p r in tin g   as  it  is   o n e  o f   th e  p o p u lar   an d   well - k n o wn   m an u f a ctu r in g   tech n iq u es  f o r   m an u f ac t u r in g   cu s to m - m ad e  p ar ts ; th er ef o r e ,   f o r   p r o to ty p in g ,   t h e  s am e  tech n iq u e  is   u s ed .             Fig u r e  8 .   T h e  3 D  p r in ted   p r o t o ty p e  at  a  s ca le  o f   1 :3   a n d   th e  r en d er in g   d esig n   with   a   C AD  m o d el  o f   m an n eq u in       Fig u r e  8   s h o w ca s es   t h e   s m all - s ca l ed   p r o t o t y p e  ( s ca l e  1 : 3 )   wi th   th e  in te r n al   g ea r   s y s t em ,   m a n u f ac t u r e d   u s in g   o n e  o f   th e  ad d itiv e  m a n u f ac tu r i n g   tech n i q u es  ca lled   3 D  p r in tin g   with   p o ly lactic  a cid   ( PLA)   m ater ial,   wh ich   is   a  th er m o p last ic  m o n o m er   d er i v ed   f r o m   r en ewa b le,   o r g an ic  s o u r ce s   s u ch   as  co r n   s tar ch   o r   s u g ar   ca n e.   I t is ea s ily   av ailab le,   lo w  co s t,  an d   r eliab le  as we ll h e n ce   b est s u ited   f o r   s m all - s ca le  p r o to ty p in g .   All  th e  p ar ts   ar e  3 D  p r in ted   in d iv id u ally   with   th e  in f ill  d e n s ity   r an g in g   f r o m   2 0 %  to   1 0 0 %,  th en   ass em b led ,   as  p er   th e  co m p u t er - aid ed   d esig n   ( C AD)   m o d el   s h o wn   in   Fig u r e   4 .   A  0 . 1 2 0   m   tr ap ez o id al  4   s tar t  lead   s cr ew  0 . 0 0 8   m   th r ea d   0 . 0 0 2   m   p itch   lead   s cr ew  with   co p p er   n u t  is   u s ed   in   elev atio n   m ec h an is m   an d   f o r   s lid in g   m o tio n .   T h e  r o tar y   ac t u ato r   is   co n n ec ted   to   b ev el  g e ar s   an d   th ese  b e v el  g ea r s   ar e  f u r th er   c o n n ec ted   to   th e  s p u r   g ea r   wh ich   d r iv es th e  s lid er   b ac k   an d   f o r th ,   tr an s m is s io n   r atio   is   1   in   all  ca s es.       6.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   id en tifie d   o p tim al  d esig n   p ar am ete r s   f o r   th e  to p   p latf o r m   a n d   th e   an g u lar   r o tatio n   o f   th e   lead   s cr ew  n ec ess ar y   to   m im ic  lin ea r   m o tio n   ef f ec tiv ely .   T h e  d esig n   an d   p ar am et r ic  s tu d y   f ac ilit ated   th e   d ev elo p m e n t  o f   a  p o r tab le  r e h ab ilit atio n   k n ee   p latf o r m .   T h e  s im u latio n   s tu d ies  o f   th e  p r o p o s ed   lead   s cr ew - b ased   s lid er   m ec h an is m   d em o n s tr ated   p r o m is in g   r esu lts ,   in clu d in g   a  m ax im u m   s lid er   d is p lace m en t  o f   0 . 4 5 0   m ,   a  m ax im u m   in clin atio n   an g le  o f   3 2 . 5 °  f r o m   th e  b ase  p o s itio n ,   an d   a  p in io n   s p ee d   o f   2 . 8 9   r ad /s .   Ad d itio n ally ,   th e  s y s tem   ex h i b ited   m in im al  d ef o r m atio n   ( 0 . 1 4 %)  an d   e q u iv alen t  s tr ain   ( 0 . 0 5 %)  f r o m   th e  b ase   to   th e  f u lly   e x ten d ed   p o s itio n ,   with   d ef o r m atio n   r an g in g   f r o m   4   μ m   to   0 . 3   m m   an d   s tr ain   f r o m   9   μ m   to   1 . 7   m m ,   r esp ec tiv ely .   T o   v alid ate   th ese  f in d in g s ,   a  3 D - p r in te d   m o d el  was  f ab r icate d ,   a n d   e x p er im en tal  s tu d ies  wer e  co n d u cted   u n d er   n o - lo a d   co n d itio n s ,   y ield in g   s im ilar   r e s u lts   with   a  d ev iatio n   o f   ± 5 %.   T h e  f u tu r e  s co p e  o f   th is   r esear ch   in clu d es  co n d u ctin g   p ilo t  s tu d ies  to   ex p er im en tally   v alid ate  th e  k n ee   r eh ab ilit atio n   r o b o tic  s y s tem 's  p er f o r m an ce   in   clin ical  s ettin g s .   T h ese   s tu d ies  will  ass es s   th e  s y s tem ' s   ef f ec tiv en ess ,   s af ety ,   an d   u s ab ilit y ,   en s u r in g   its   f ea s ib ilit y   f o r   th er ap e u tic  u s e.   T h is   v alid ati o n   will  b r id g e   th e  g ap   b etwe en   th e o r etica l  d esig n   an d   r ea l - wo r ld   a p p licatio n ,   en h an cin g   r eh a b ilit atio n   o u t co m es  f o r   p atien ts   with   k n ee   im p air m e n ts .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   S .   A .   D o ss ,   B .   M i sh r a ,   S .   M o h a mm e d ,   P .   K .   Li n g a m p a l l y ,   a n d   M .   S h o r t ,   “ R o b o t i c   a r m   f o r   b i o m e d i c a l   a p p l i c a t i o n s, ”   i n   H a n d b o o k   o f   S m a rt   M a t e ri a l s ,   T e c h n o l o g i e s,   a n d   D e v i c e s ,   C h a m:   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i sh i n g ,   2 0 2 1 ,   p p .   1 – 2 4 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 0 - 5 8 6 7 5 - 1 _ 3 8 - 1.   [ 2 ]   P .   K .   L i n g a m p a l l y ,   A .   S .   A .   D o ss,   a n d   V .   R .   K a d i y a m ,   “ W e a r a b l e   n e c k   a s si st i v e   d e v i c e   s t r a i n   e v a l u a t i o n   st u d y   o n   s u r f a c e   n e c k   mu sc l e s   f o r   h e a d / n e c k   m o v e me n t s , ”   T e c h n o l o g y   a n d   H e a l t h   C a r e ,   v o l .   3 0 ,   n o .   6 ,   p p .   1 5 0 3 – 1 5 1 3 ,   N o v .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 2 3 3 / TH C - 2 2 0 1 0 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,   Vo l .   1 3 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 4 :  4 2 3 - 4 3 1   430   [ 3 ]   A .   B i g g s,   W .   L.   J e n k i n s,   S .   E.   U r c h ,   a n d   K .   D .   S h e l b o u r n e ,   “ R e h a b i l i t a t i o n   f o r   p a t i e n t s  f o l l o w i n g   A C L  r e c o n st r u c t i o n :   a   K n e e   sy mm e t r y   mo d e l , ”   N o r t h   Am e r i c a n   j o u rn a l   o f   s p o rt s   p h y s i c a l   t h e r a p y   :   N AJ S PT ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   2 – 1 2 ,   2 0 0 9 .   [ 4 ]   S .   S a d e g h n e j a d ,   V .   S .   E.   A b a d i ,   a n d   B .   Jafari ,   “ R e h a b i l i t a t i o n   r o b o t i c s :   h i st o r y ,   a p p l i c a t i o n s,   a n d   r e c e n t   a d v a n c e s, ”   i n   Me d i c a l   a n d   H e a l t h c a re   R o b o t i c s ,   E l se v i e r ,   2 0 2 3 ,   p p .   6 3 – 8 5 .   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / B 9 7 8 - 0 - 4 4 3 - 1 8 4 6 0 - 4 . 0 0 0 0 8 - 1.   [ 5 ]   A .   S .   A r o c k i a   D o ss ,   P .   K .   L i n g a mp a l l y ,   G .   M .   T.   N g u y e n ,   a n d   D .   S c h i l b e r g ,   “ A   c o mp r e h e n s i v e   r e v i e w   o f   w e a r a b l e   a ssi s t i v e   r o b o t i c   d e v i c e s  u se d   f o r   h e a d   a n d   n e c k   r e h a b i l i t a t i o n , ”   Re s u l t s  i n   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 9 ,   p .   1 0 1 3 0 6 ,   S e p .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r i n e n g . 2 0 2 3 . 1 0 1 3 0 6 .   [ 6 ]   P .   K .   L i n g a m p a l l y   a n d   A .   A r o c k i a   S e l v a k u m a r ,   “ A   h u ma n o i d   n e c k   u s i n g   p a r a l l e l   m a n i p u l a t o r s, ”   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ro b o t i c s  a n d   Au t o m a t i o n   f o r  H u m a n i t a r i a n   A p p l i c a t i o n s,  R AH A  2 0 1 6   -   C o n f e re n c e   Pr o c e e d i n g s ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / R A H A . 2 0 1 6 . 7 9 3 1 8 6 8 .   [ 7 ]   P .   K .   Li n g a m p a l l y   a n d   A .   S .   A r o c k i a   D o ss,  “ D e si g n ,   i mp l e m e n t a t i o n ,   a n d   e x p e r i m e n t a l   st u d y   o n   3 - R P S   p a r a l l e l   ma n i p u l a t o r - b a s e d   c e r v i c a l   c o l l a r   t h e r a p y   d e v i c e   f o r   e l d e r l y   p a t i e n t s  s u f f e r i n g   f r o m   c e r v i c a l   sp i n e   i n j u r i e s , ”   H a n d b o o k   o f   S m a r t   Ma t e r i a l s,   T e c h n o l o g i e s ,   a n d   D e v i c e s ,   p p .   1 – 2 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 0 - 5 8 6 7 5 - 1 _ 1 6 1 - 1.   [ 8 ]   E.   A k d o ğ a n ,   E.   T a ç g ı n ,   a n d   M .   A .   A d l i ,   “ K n e e   r e h a b i l i t a t i o n   u si n g   a n   i n t e l l i g e n t   r o b o t i c   sy s t e m , ”   J o u r n a l   o f   I n t e l l i g e n t   Ma n u f a c t u r i n g ,   v o l .   2 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 9 5 – 2 0 2 ,   A p r .   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 8 4 5 - 0 0 8 - 0 2 2 5 - y.   [ 9 ]   R .   S o n g ,   “ Th e   r e s e a r c h   s t a t u s  o f   K n e e   r e h a b i l i t a t i o n   r o b o t s , ”   H i g h l i g h t s  i n   S c i e n c e ,   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   7 1 ,   p p .   4 4 3 – 4 5 1 ,   N o v .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 5 4 0 9 7 / h set . v 7 1 i . 1 4 6 5 6 .   [ 1 0 ]   R .   W i l mart ,   E .   G a r o n e ,   a n d   B .   I n n o c e n t i ,   “ T h e   u se  o f   r o b o t i c s d e v i c e s   i n   k n e e   r e h a b i l i t a t i o n :   a   c r i t i c a l   r e v i e w , ”   M u sc l e   L i g a m e n t s   a n d   T e n d o n s   J o u r n a l ,   v o l .   0 9 ,   n o .   0 1 ,   M a r .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 2 0 9 8 / m l t j . 0 1 . 2 0 1 9 . 0 7 .   [ 1 1 ]   C. - D .   Li a o   e t   a l . ,   “ C o n t i n u o u s  p a ssi v e   m o t i o n   a n d   i t s   e f f e c t s   o n   K n e e   f l e x i o n   a f t e r   t o t a l   K n e e   a r t h r o p l a s t y   i n   p a t i e n t s  w i t h   K n e e   o st e o a r t h r i t i s, ”   K n e e   S u r g e r y ,   S p o rt s   T ra u m a t o l o g y ,   Ar t h ro s c o p y ,   v o l .   2 4 ,   n o .   8 ,   p p .   2 5 7 8 – 2 5 8 6 ,   A u g .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 0 0 1 6 7 - 0 1 5 - 3 7 5 4 - x.   [ 1 2 ]   M .   A y o a d e   a n d   L .   B a i l l i e ,   “ A   n o v e l   k n e e   r e h a b i l i t a t i o n   s y s t e m  f o r   t h e   h o me , ”   i n   Pr o c e e d i n g s  o f   t h e   S I G C H I   C o n f e r e n c e   o n   H u m a n   F a c t o rs i n   C o m p u t i n g   S y st e m s ,   A p r .   2 0 1 4 ,   p p .   2 5 2 1 – 2 5 3 0 .   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 2 5 5 6 2 8 8 . 2 5 5 7 3 5 3 .   [ 1 3 ]   J.  K .   M o h a n t a ,   S .   M o h a n ,   P .   D e e p a s u n d a r ,   a n d   R .   K i r u b a - S h a n k a r ,   “ D e v e l o p m e n t   a n d   c o n t r o l   o f   a   n e w   si t t i n g - t y p e   l o w e r   l i mb   r e h a b i l i t a t i o n   r o b o t , ”   C o m p u t e rs   &   El e c t ri c a l   En g i n e e ri n g ,   v o l .   6 7 ,   p p .   3 3 0 – 3 4 7 ,   A p r .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp e l e c e n g . 2 0 1 7 . 0 9 . 0 1 5 .   [ 1 4 ]   E.   M .   B o u h a b b a ,   A .   A .   S h a f i e ,   M .   R .   K h a n ,   a n d   K .   A r i f f i n ,   “ L o w e r - Li m b   r e h a b i l i t a t i o n   r o b o t   d e si g n , ”   I O P  C o n f e re n c e   S e ri e s:   Ma t e r i a l s  S c i e n c e   a n d   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   5 3 ,   D e c .   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 7 5 7 - 8 9 9 X / 5 3 / 1 / 0 1 2 0 3 8 .   [ 1 5 ]   E.   A k d o ğ a n   a n d   M .   A .   A d l i ,   “ T h e   d e s i g n   a n d   c o n t r o l   o f   a   t h e r a p e u t i c   e x e r c i se  r o b o t   f o r   l o w e r   l i mb   r e h a b i l i t a t i o n :   P h y s i o t h e r a b o t , ”   Me c h a t r o n i c s ,   v o l .   2 1 ,   n o .   3 ,   p p .   5 0 9 – 5 2 2 ,   A p r .   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me c h a t r o n i c s.2 0 1 1 . 0 1 . 0 0 5 .   [ 1 6 ]   A .   S .   A .   D o ss,   P .   K .   Li n g a m p a l l y ,   a n d   L .   N u r a h m i ,   “ S y n t h e si s  o f   a   p a r a l l e l   ma n n i p u l a t o r   b a se d   r e h a b i l i t a t i o n   c e r v i c a l   c o l l a r   f o r   C - sp i n e d   i n j u r e d   p a t i e n t s,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Ro b o t i c s   a n d   A u t o m a t i o n ,   v o l .   3 6 ,   n o .   1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 2 3 1 6 / J.2 0 2 1 . 2 0 6 - 0 4 2 6 .   [ 1 7 ]   P .   Ja i n ,   T.   K .   B e r a ,   S .   R a f i q u e ,   A .   S i n g l a ,   a n d   M .   I sak ss o n ,   “ C o mp a r a t i v e   st u d y   o f   k n e e   j o i n t   t o r q u e   e s t i m a t i o n s  f o r   l i n e a r   a n d   r o t a r y   a c t u a t o r s  u si n g   b o n d   g r a p h   a p p r o a c h   f o r   st a n d – si t – s t a n d   mo t i o n s,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   Ad v a n c e d   Ro b o t i c   S y st e m s ,  v o l .   1 7 ,   n o .   5 ,   S e p .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 7 / 1 7 2 9 8 8 1 4 2 0 9 6 3 7 4 2 .   [ 1 8 ]   D .   S h i ,   W .   Z h a n g ,   W .   Z h a n g ,   a n d   X .   D i n g ,   “ A   R e v i e w   o n   L o w e r   L i mb   R e h a b i l i t a t i o n   Ex o s k e l e t o n   R o b o t s,”   C h i n e s e   J o u r n a l   o f   Me c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g   ( E n g l i sh   E d i t i o n ) ,   v o l .   3 2 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 0 0 3 3 - 0 1 9 - 0 3 8 9 - 8.   [ 1 9 ]   G .   G R EB EN I Ş A N   a n d   I .   E .   R A D U ,   “ M e c h a n i c a l   r e p o r t   o f   p l a st i c   d e f o r ma t i o n   a n a l y si s,   u s i n g   e x p l i c i t   d y n a mi c s   m o d u l e   ( A N S Y S ®) , ”   AN N ALS   O F  T H E  O R AD EA  U N I VE RS I T Y .   F a sc i c l e   o f   Ma n a g e m e n t   a n d   T e c h n o l o g i c a l   E n g i n e e ri n g . ,   v o l .   X X I V   ( X I V ) ,   n o .   3 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 6 0 / A U O F M TE. 2 0 1 5 - 3 . 1 3 1 9 0 .   [ 2 0 ]   M .   B i r o n ,   “ Th e r mo p l a st i c   c o m p o si t e s,”   i n   T h e rm o p l a st i c s   a n d   T h e rm o p l a st i c   C o m p o s i t e s ,   El s e v i e r ,   2 0 0 7 ,   p p .   7 6 7 – 8 2 8 .   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / B 9 7 8 - 1 8 5 6 1 7 4 7 8 - 7 . 5 0 0 0 9 - X.   [ 2 1 ]   W .   M e n g ,   Q .   L i u ,   Z.   Zh o u ,   Q .   A i ,   B .   S h e n g ,   a n d   S .   ( S h a n e )   X i e ,   “ R e c e n t   d e v e l o p me n t   o f   me c h a n i sms   a n d   c o n t r o l   st r a t e g i e s  f o r   r o b o t - a ss i s t e d   l o w e r   l i m b   r e h a b i l i t a t i o n , ”   M e c h a t r o n i c s ,   v o l .   3 1 ,   p p .   1 3 2 – 1 4 5 ,   O c t .   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . m e c h a t r o n i c s . 2 0 1 5 . 0 4 . 0 0 5 .   [ 2 2 ]   C .   C a n t u ,   J.   Ta m e z - D u q u e ,   S .   S h i m o d a ,   a n d   R .   S o t o ,   “ D e s i g n   o f   a   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   a   k n e e   r e h a b i l i t a t i o n   o r t h o s i s  u si n g   a   r e c o v e r y   s t a t u s, ”   i n   2 0 1 7   I n t e rn a t i o n a l   S y m p o si u m   o n   We a r a b l e   Ro b o t i c s  a n d   R e h a b i l i t a t i o n   ( W e R o b ) ,   N o v .   2 0 1 7 ,   p p .   1 – 2 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / W E R O B . 2 0 1 7 . 8 3 8 3 8 4 9 .   [ 2 3 ]   T.   D .   C .   T h a n h   a n d   T .   T .   P h u c ,   “ N e u r a l   n e t w o r k   c o n t r o l   o f   p n e u ma t i c   a r t i f i c i a l   mu s c l e   m a n i p u l a t o r   f o r   K n e e   r e h a b i l i t a t i o n , ”   S c i e n c e   & T e c h n o l o g y   D e v e l o p m e n t ,   v o l .   1 1 ,   n o .   0 3 ,   p p .   1 6 – 2 9 ,   2 0 0 8 .   [ 2 4 ]   P .   K .   Li n g a m p a l l y ,   K .   C .   R a m a n a t h a n ,   R .   S h a n mu g a m,   L.   C e p o v a ,   a n d   S .   S a l u n k h e ,   “ W e a r a b l e   A ssi s t i v e   R e h a b i l i t a t i o n   R o b o t i c   D e v i c e s — A   C o m p r e h e n si v e   R e v i e w , ”   M a c h i n e s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   6 ,   p .   4 1 5 ,   2 0 2 4 .   [ 2 5 ]   P .   K .   Jamw a l ,   S .   H u ss a i n ,   Y .   H .   Ts o i ,   a n d   S .   Q .   X i e ,   “ M u s c u l o s k e l e t a l   m o d e l   f o r   p a t h   g e n e r a t i o n   a n d   m o d i f i c a t i o n   o f   a n   a n k l e   r e h a b i l i t a t i o n   r o b o t , ”   I E EE  T r a n sa c t i o n s  o n   H u m a n - Ma c h i n e   S y st e m s ,   v o l .   5 0 ,   n o .   5 ,   p p .   3 7 3 – 3 8 3 ,   O c t .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TH M S . 2 0 2 0 . 2 9 8 9 6 8 8 .   [ 2 6 ]   D .   S h a r ma   e t   a l . ,   “ D e s i g n   a n d   e v a l u a t i o n   o f   v a r i o u s  k n e e   a ss i st i v e   mec h a n i sms   f o r   r e h a b i l i t a t i o n , ”   i n   AI P  C o n f e re n c e   Pro c e e d i n g s ,   2 0 2 3 ,   v o l .   2 9 4 6 ,   n o .   1 ,   p .   0 2 0 0 0 3 .   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 5 . 0 1 7 9 0 1 0 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS         Dev a s his h  S ha rm a           is  a n   u n d e rg ra d u a te  stu d e n t   p u rsu i n g   a   Ba c h e lo r' s  in   M e c h a tro n ics   in   th e   De p a rtme n t   o f  M e c h a tro n ics   En g i n e e rin g ,   HITS - Ch e n n a i,   Tam il   Na d u ,   In d ia.   His  re se a rc h   i n tere sts  a re   in   th e   field s   o f   ro b o t ics ,   m e c h a tro n ics ,   a n d   in telli g e n t   a u to m a ti o n .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  o r  2 0 1 3 0 0 3 2 @s tu d e n t. h i n d u sta n u n i v . a c . in   o r   d e v a sh ish 0 0 5 7 @ g m a il . c o m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:  2 7 2 2 - 2 5 8 6         Desig n   a n d   d ev elo p men t o f k n ee   r eh a b ilit a tio n   r o b o t ( Dev a s h is h   S h a r ma )   431     S a h il   Ah a m e d   S h a i k           is  a n   u n d e rg ra d u a te  stu d e n t  p u rs u in g   a   Ba c h e lo r' s  in   M e c h a tro n ics ,   i n   t h e   De p a rtme n t  o f  M e c h a tro n ics   En g in e e rin g ,   HITS - C h e n n a i,   Ch e n n a i,   Tam il   Na d u ,   I n d ia.   His  re se a rc h   in tere sts  a re   in   th e   f ield s  o f  ro b o ti c s,  m e c h a tro n ics ,   a n d   in telli g e n t  a u to m a ti o n .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  2 0 1 3 0 0 0 6 @s tu d e n t. h in d u sta n u n iv . a c . i n   o r   sa h il 8 6 4 6 9 @g m a il . c o m .         S a r a n   R a ja g o p a l           is  is   a n   u n d e rg ra d u a te  stu d e n t  p u rs u in g   a   Ba c h e lo r’s  i n   M e c h a tro n ics ,   i n   t h e   De p a rtme n t  o f  M e c h a tro n ics   En g in e e rin g ,   HITS - C h e n n a i,   Ch e n n a i,   Tam il   Na d u ,   I n d ia.   His  re se a rc h   in tere sts  a re   in   th e   f ield s  o f  ro b o ti c s,  m e c h a tro n ics ,   a n d   in telli g e n t  a u to m a ti o n .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  2 0 1 3 0 0 1 1 @s tu d e n t. h in d u sta n u n iv . a c . i n   o r   sa ra n 9 8 8 4 4 @ g m a il . c o m .         Ma n ju   Mo h a n           (M e m b e r,   IEE E)   re c e iv e d   h e r  P h . D.   in   m a c h in e   lea rn in g   fro m   th e   HITS - Ch e n n a i,   i n   2 0 2 3 .   S h e   e a rn e d   h e r   M . Tec h .   i n   VL S I  a n d   e m b e d d e d   s y ste m s  in   2 0 1 4   a n d   B. Tec h .   i n   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g   i n   2 0 0 8 ,   b o th   fro m   M a h a tma   G a n d h i   Un iv e rsity ,   Ke ra la.  C u rre n t ly ,   s h e   is   a   KTP   e n g i n e e r  with   t h e   S c h o o l  o f   En g in e e ri n g   a n d   Tec h n o l o g y   a t  As to n   Un iv e rsity ,   Birmin g h a m ,   UK .   Wi t h   1 3   y e a rs  o f  e x p e rien c e   b r id g in g   a c a d e m ia  a n d   in d u str y ,   h e r   re se a rc h   in tere sts  i n c lu d e   m a c h in e   l e a rn in g ,   e m b e d d e d   s y ste m s,  sig n a l  p ro c e ss in g ,   a n d   a u t o m a ti o n .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t   m . m o h a n @a sto n . a c . u k   o r   m a n ju m o h a n 8 @g m a il . c o m .         K u p p a n   Chetty   Ra m a n a th a n           (S e n io r   M e m b e r,   IEE E;   M e m b e r,   IE T)  re c e iv e d   h is  P h . D.  d e g re e   in   ro b o ti c s  a n d   c o n tro ls  fro m   th e   In d ian   In sti tu te   o f  Tec h n o lo g y   M a d ra s  (IIT   M a d ra s)  in   2 0 1 0 ,   h is   M . Tec h .   d e g re e   in   S e n s o r  S y ste m s  Tec h n o l o g y   fro m   Ve ll o re   I n stit u te  o f   Tec h n o l o g y ,   Ve ll o re ,   i n   2 0 0 4 ,   a n d   h is  B. Tec h .   d e g re e   in   I n stru m e n tati o n   a n d   Co n tro l   En g i n e e rin g   fro m   M a d u ra i  Ka m a ra j  Un iv e rsity ,   Tam il   Na d u ,   I n d ia,  in   2 0 0 2 .   Cu rre n tl y ,   h e   se rv e s  a s  a   p r o fe ss o r  i n   th e   S c h o o l  o f  M e c h a n ica l  E n g in e e rin g   a t  S AST RA  De e m e d   Un iv e rsity .   His   c a re e r  sp a n s  m o re   th a n   1 8   y e a rs  a c ro ss   b o th   a c a d e m ia  a n d   i n d u stry ,   wit h   a   fo c u s  o n   ro b o t ics ,   m e c h a tro n i c s,  a n d   a u t o m a ti o n .   His   re se a rc h   i n tere sts  in c l u d e   c o o p e ra ti v e   a n d   i n telli g e n t  ro b o ti c s,   c li m b in g ,   a ss isti v e   a n d   re h a b il it a ti o n   ro b o ti c s,  i n d u strial  a u to m a ti o n ,   a n d   m e c h a tro n ic  sy ste m s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  k u p p a n c h e tt y @m e c h . sa stra . e d u   o r   rm k u p p a n @g m a il . c o m .         Pa v a n   K a ly a n   Lin g a m p a ll y           is  a n   a ss istan t   p r o fe ss o r  i n   th e   S c h o o l   o f   M e c h a n ica l  En g i n e e rin g   a t  S AST RA  De e m e d   to   b e   Un iv e rsit y .   He   re c e iv e d   h is  P h . D.  in   r o b o ti c s  a n d   a u to m a ti o n   fr o m   VIT  C h e n n a i,   T a m il   Na d u ,   in   2 0 2 2 ,   h is   M . Tec h .   in   m e c h a tro n ics   fro m   JN TU   Hy d e ra b a d   i n   2 0 1 5 ,   h is  M . S c .   i n   Ad v a n c e d   M e c h a n ica l  E n g i n e e rin g   fr o m   Bru n e l  Un i v e rsity ,   Lo n d o n ,   in   2 0 1 2 ,   a n d   a   B. Tec h .   in   M e c h a n ica l  En g in e e rin g   fro m   JN TU  Hy d e ra b a d   in   2 0 0 9 .   His  re se a r c h   in tere sts  in c lu d e   p a ra ll e l  m e c h a n ism s,  re h a b il it a ti o n   a n d   a ss isti v e   d e v ice s ,   b io m e d ica l,   m e c h a tro n ics ,   a n d   ro b o ti c s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  p a v a n k a ly a n @m e c h . sa stra . e d u .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.