Bioingenieria

UN MODELO DE DINAMICA INVERSA, PARA EL ANÁLISIS,
RECONSTRUCCIÓN Y PREDICCIÓN DEL
CAMINADO BIPEDO



AN INVERSE DYNAMICS MODELS FOR THE ANALYSIS,
RECONSTRUCTION AND PREDICTION OF BIPEDAL
WALKING



Resumen: Cuando se analiza un movimiento medido con un modelo de dinámica inversa, una violación de estas restricciones siempre se producen debido a errores de medición y las desviacionesde los segmentos modelo de la realidad, dando lugar a resultados contradictorios. La consistencia se obtiene mediante la aplicación de las restricciones en el modelo. Esto hace que sea posible combinar el modelo de dinámica inversa con técnicas de optimización con el fin de predecir los patrones de caminar o para reconstruir no medidos rotaciones cuando sólo una parte de las tridimensionalesrotaciones conjuntas se mide. En este trabajo se presentan los contornos de la dinámica inversa extendidos método se presentan las restricciones que caminar se definen y el procedimiento de optimización es descrito. El modelo se aplicó para analizar un patrón de marcha normal de la que sólo la cadera, la rodilla y el tobillo flexiones / extensiones son medidos. Este movimiento de entrada sereconstruye a una cinemática y dinámicamente consistente en tres dimensiones el movimiento y las fuerzas conjuntas (incluidas las fuerzas de reacción del suelo) y momentos comunes de fuerza, necesarios para llevar a cabo el movimiento son estimados.


Palabras clave: Método, dinámico, inverso, predictivo, técnicas, optimización.




Abstract: Walkingi sa constrainemd ovemenwt hichm ayb estb eobserveddu ringt hed oubles tancep hase. when both feet contact the floor. When analyzing a measured movement with an inverse dynamics model, a violation of these constraints will always occur due to measuring errors and deviations of the segments model from reality, leading to inconsistent results. Consistency is obtained by implementing the constraintsinto the model. This makes it possible to combinethe inverse dynamics model with optimization techniques in order to predict walking patterns or to reconstruct non-measured rotations when only a part of the


three-dimensional joint rotations is measured. In this paper the outlines of the extended inverse dynamics method are presented, the constraints which detine walking are defined and the optimization procedure is described. The model isapplied to analyze a normal walking pattern of which only the hip, knee and ankle flexions/extensions are measured. This input movement is reconstructed to a kinematically and dynamically consistent three-dimensional movement, and the joint forces (including the ground reaction forces) and joint moments of force, needed to bring about thts movement are estimated.


Key Words: Method, dinamic,inverse, predictive techniques, optimization.



1 Introducción

Numerosos modelos han sido desarrollados para simular el caminar humano, basado en modelos de segmentos en mayor o menor complejidad de tres (McMahon, 1984) hasta 17 segmentos (Hatze, 1981a).La simetría entre la pierna derecha y la pierna izquierda se asume a menudo para reducir la complejidad (por ejemplo, Brand et al., 1982),y el movimiento está restringido al plano sagital únicamente.
Las dos formas de aplicar las ecuaciones de movimiento a los modelos segmentados
Son usualmente estas “Método de dinámica directa " y el “Método de dinámica inversa”.
En el método de dinámica directa, los movimientos de los segmentos son calculados integrando las ecuaciones de movimiento.
Esto sólo es posible cuando losmomentos conjuntos de fuerza se conoce o se supone que son cero.
En el método de dinámica inversa, las fuerzas conjuntas y momentos comunes de fuerza se calculan a partir de un movimiento prescrito.
Para evitar estos errores, Chao y Rim (1973) combinan las técnicas de optimización con el método directo para calcular la dinámica los momentos conjuntos de fuerza en marcha normal.
El modelo...