Contexto:

Este trabajo presenta el desarrollo de un modelo dinámico del movimiento del miembro inferior humano en el plano sagital durante el ciclo de marcha. El objetivo principal de este modelo es servir como una herramienta poderosa para el diseño de dispositivos de rehabilitación y asistencia, como exoesqueletos, prótesis y órtesis. Esto lo logra facilitando la estimación de torques en las articulaciones, el análisis detallado de variables cinemáticas, la selección óptima de actuadores y la exploración de técnicas avanzadas de control.

Método:

El modelo dinámico se consiste en dos componentes principales: (1) el modelo de la planta y (2) un controlador de lazo cerrado. El modelo de la planta representa la dinámica directa de la marcha humana y se basa en un péndulo de múltiples masas compuesto por tres segmentos del miembro inferior (muslo, pantorrilla y pie) y tres articulaciones (cadera, rodilla y tobillo). Este es analizado utilizando la formulación de Euler-Lagrange y las ecuaciones diferenciales de segundo orden no lineales se implementan en Simulink de MATLAB. Para reproducir las trayectorias de referencia de la marcha humana y simular el funcionamiento del sistema musculoesquelético y del sistema nervioso central, se implementa un controlador PID de lazo cerrado en el modelo de la planta. Es importante destacar que el alcance de este modelo dinámico se limita específicamente al plano sagital.

Resultados:

El modelo dinámico es evaluado en términos del seguimiento del desplazamiento angular usando el error relativo máximo (RME) y el error medio cuadrático (RMSE) para trayectorias de referencia de la marcha humana de adultos masculinos sanos reportadas en la literatura. El modelo demuestra un seguimiento con errores por debajo de 2.2 [°] en magnitud y 3,5 % para los tres segmentos considerados (muslo, pantorrilla y pie).

Conclusiones:

Los resultados cuantitativos muestran que el modelo dinámico desarrollado en este trabajo es confiable y permite reproducir precisamente las trayectorias de la marcha humana.

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