ربات‌های اسکلت‌خارجی برای کاربردهای گوناگونی از جمله توانبخشی، توان‌افزایی انسان و یاری‌رسان‌حرکتی توسعه یافته‌اند. در این مقاله، یک چارچوب یکپارچه برای شبیه‌سازی اسکلتی-عضلانی اندام انسان و کنترل حلقه‌بسته یک اسکلت‌خارجی زانو با استفاده از واسط برنامه‌نویسی نرم‌افزار OpenSim و MATLAB ارائه می‌شود. مفصل زانوی اندام تحتانی به‌عنوان بخش هدف انتخاب شده و حرکت زاویه‌ای آن در سه فعالیت مختلف کنترل می‌گردد. زاویه زانو به‌صورت حلقه‌بسته و با استفاده از بازخورد حرکت مفصل کنترل می‌شود. در شبیه‌سازی پیشنهادی، عضلات اندام تحتانی به‌طور فعال در ایجاد حرکت مشارکت دارند و حرکت حاصل، نتیجه اثر هم‌زمان گشتاور کنترلی اسکلت‌خارجی و نیروهای عضلانی است. سیگنال‌های کنترلی در محیط MATLAB محاسبه شده و نرم‌افزار OpenSim برای حل دینامیک اسکلتی-عضلانی، اجرای شبیه‌سازی‌ها و ارائه داده‌های بازخوردی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی کارایی بستر پیشنهادی را برای مدل‌سازی و کنترل تعامل انسان- ربات نشان می‌دهد.
de Kruif BJ, Schmidhauser E, Stadler KS, O'Sullivan LW. Simulation architecture for modelling interaction between user and elbow-articulated exoskeleton. Journal of Bionic Engineering 14, 2017: 706-715.
Coll Pujals D. Simulation of the assistance of an exoskeleton on lower limbs joints using Opensim. 2017.
Xu D, Zhang S, Wei H. Virtual musculoskeletal control model with a spindle-like fuzzy algorithm for robotic compliance. Applied Mathematical Modelling 39, 2015: 3265-3279.
Anam K, Al-Jumaily AA. Active exoskeleton control systems: State of the art. Procedia Engineering 41, 2012: 988-994.
Yang CJ, Zhang JF, Chen Y, Dong YM, Zhang Y. A review of exoskeleton-type systems and their key technologies. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science 222, 2008: 1599-1612.
Seth A, Hicks JL, Uchida TK, Habib A, Dembia CL, Dunne JJ, Ong CF, DeMers MS, Rajagopal A, Millard M, Hamner SR. OpenSim: Simulating musculoskeletal dynamics and neuromuscular control to study human and animal movement. PLoS computational biology 14, 2018: e1006223.
Hassanzadeh Kh Sh, Sayyed Noorani M. Simulation and Control of Human Arm Powered by Exoskeleton using OpenSim - MATLAB Application Programming Interface. The Second International Conference on Motion Analysis (ICOMA 2022), Tehran, Iran, 2022.
Sayyed Noorani M, PourAfshar M, Abedpour N. Force estimation on the knee flexor/extensor muscles based on EMG signal and OpenSim aided forward dynamics simulation. Iranian Journal of Biomedical Engineering 17(3), 2023: 11-20. [in Persian] doi: 10.22041/ijbme.2024.2026313.1896.
Hassanzadeh Kh Sh, Sayyed Noorani M. OpenSim/MATLAB interface to musculoskeletal-based simulations for control of a motion assistive exoskeleton robot in elbow flexion/extension. Iranian Journal of Biomedical Engineering 18(3), 2025: 211-220. [in Persian] doi: 10.22041/ijbme.2025.2048707.1942.
Hosseini-Zahraei S, Tali MS, Saberi MH, Kardan I, Akbarzadeh A. A Simple OpenSim-Simulink Interface for Cascaded Zero-Force Control of Human-Robot Interaction in a Hip Exoskeleton Robot. 10th RSI International Conference on Robotics and Mechatronics (ICRoM), 2022: 55-60.
Sambhav R, Jena S, Chatterjee A, Roy S, Bhasin S, Santapuri S, Kumar L, Muthukrishnan SP. An integrated dynamic simulation platform for assistive human-robot interaction: application to upper limb exosuit. Authorea Preprints, 2021.
Park S, Caldwell GE, Umberger BR. A direct collocation framework for optimal control simulation of pedaling using OpenSim. Plos one 17(2), 2022: e0264346.
Xu T, Liang Y, Feng L, Liu L, Yeung E, He R, To M, Hu Y. Personalizing muscle tendon parameters of cerebral palsy patient's digital model. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 33, 2025: 1079 - 1087.
Khamar M, Edrisi M, Forghany S. Designing a robust controller for a lower limb exoskeleton to treat an individual with crouch gait pattern in the presence of actuator saturation. Isa Transactions 126, 2022: 513-532.
Khamar M, Edrisi M, Zahiri M. Human-exoskeleton control simulation, kinetic and kinematic modeling and parameters extraction. MethodsX 6, 2019: 1838-1846.
Khamar M, Edrisi M. Designing a backstepping sliding mode controller for an assistant human knee exoskeleton based on nonlinear disturbance observer. Mechatronics 54, 2018: 121-132.
Pinheiro WC, de Castro MCF, Menegaldo LL. Design of MATLAB/OPENSIM elbow flexion angular setpoint controller. XXVI Brazilian Congress on Biomedical Engineering, Armação de Buzios, RJ, Brazil, 2018: 167-174.
Pinheiro WC, de Castro MCF, Menegaldo LL. Linearization of an OpenSim arm model for feedback control design. XXVI Brazilian Congress on Biomedical Engineering, Armação de Buzios, RJ, Brazil, 2018: 289-294.
Pinheiro WC, Furlan PB, Menegaldo LL. Nonlinear closed-loop control of an OpenSim wrist model: tuning using genetic algorithm. Brazilian Congress on Biomedical Engineering, 2020: 485-489.
Pinheiro WC, Ferraz HB, Castro MCF, Menegaldo LL. An OpenSim-based closed-loop biomechanical wrist model for subject-specific pathological tremor simulation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 32, 2024: 1100-1108.
Pineda-Rico Z, Sanchez de Lucio JA, Martinez Lopez FJ, Cruz P. Design of an exoskeleton for upper limb robot-assisted rehabilitation based on co-simulation. Journal of Vibroengineering 18(5), 2016: 3269-3278.
Mansouri M, Reinbolt JA. A platform for dynamic simulation and control of movement based on OpenSim and MATLAB. Journal of biomechanics 45(8), 2012: 1517-1521.
Sayyed Noorani MR, Ghasemi Barghi H, Hassanzadeh Khanmiri S. Simulations of Body–Exoskeleton Interaction using OpenSim–MATLAB Interface. 32nd National and 10th International Iranian Conference on Biomedical Engineering (ICBME), 2025: 547-552. doi: 10.1109/ICBME68496.2025.11392242.
Sayyed Noorani MR, Vaziry MA, MirTajeddini SA. OpenSim Musculoskeletal Modeling Framework for sEMG-Based Knee Torque Estimation. 32nd National and 10th International Iranian Conference on Biomedical Engineering (ICBME), 2025: 535-540. doi: 10.1109/ICBME68496.2025.11392186.
Sayyed Noorani MR, Ahmadian Sarand R, Farshforoush N. Fuzzy Estimator of the Soleus Activation during Heel-raising Motion using OpenSim–MATLAB. 32nd National and 10th International Iranian Conference on Biomedical Engineering (ICBME), 2025: 499-504. doi: 10.1109/ICBME68496.2025.11392457.
Sayyed Noorani MR, Jafarpour Mahalleh A, Khojand K. DDQN-Learning of Hill-Type Musculoskeletal Arm Model for Elbow Motor Control. 32nd National and 10th International Iranian Conference on Biomedical Engineering (ICBME), 2025: 787-792. doi: 10.1109/ICBME68496.2025.11392469.
وچیـدا، تومـاس، و دلـپ، اســـکـات. »بیومکـانیـک حرکـت: علم ورزش، ربـاتیـک و توانبخشـی«، ترجمــــه سـیدمحمدرضـا سـیدنورانی، انتشـارات دانشـگاه تبریز، تبریز، چاپ دوم، .140
قاسمی برقی, حسام , سیدنورانی, سیدمحمدرضا و حسن‌زاده خانمیری, شقایق . (1405). شبیه سازی اسکلتی- عضلانی حرکت بازکردن زانو همراه با ربات اسکلت خارجی به کمک OpenSim. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56(3), 87-96. doi: 10.22034/jmeut.2026.67482.3565
MLA
قاسمی برقی, حسام , , سیدنورانی, سیدمحمدرضا , و حسن‌زاده خانمیری, شقایق . "شبیه سازی اسکلتی- عضلانی حرکت بازکردن زانو همراه با ربات اسکلت خارجی به کمک OpenSim", مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56, 3, 1405, 87-96. doi: 10.22034/jmeut.2026.67482.3565
HARVARD
قاسمی برقی, حسام, سیدنورانی, سیدمحمدرضا, حسن‌زاده خانمیری, شقایق. (1405). 'شبیه سازی اسکلتی- عضلانی حرکت بازکردن زانو همراه با ربات اسکلت خارجی به کمک OpenSim', مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56(3), pp. 87-96. doi: 10.22034/jmeut.2026.67482.3565
CHICAGO
حسام قاسمی برقی , سیدمحمدرضا سیدنورانی و شقایق حسن‌زاده خانمیری, "شبیه سازی اسکلتی- عضلانی حرکت بازکردن زانو همراه با ربات اسکلت خارجی به کمک OpenSim," مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56 3 (1405): 87-96, doi: 10.22034/jmeut.2026.67482.3565
VANCOUVER
قاسمی برقی, حسام, سیدنورانی, سیدمحمدرضا, حسن‌زاده خانمیری, شقایق. شبیه سازی اسکلتی- عضلانی حرکت بازکردن زانو همراه با ربات اسکلت خارجی به کمک OpenSim. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 1405; 56(3): 87-96. doi: 10.22034/jmeut.2026.67482.3565
)