Modelado y simulación de una marcha bípeda usando optimización paramétrica

espanolObjetivo: Modelar dinamica y geometricamente una estructura bipeda de 6 grados de libertad (GDL), dado que uno de los sistemas mas complicados de modelar es la biomecanica de la marcha humana. Metodologia: Se aplico la tecnica de optimizacion parametrica para calcular las trayectorias que definen una marcha humana ciclica. Los parametros geometricos y dinamicos del bipedo fueron tomados del robot Hydroid, que esta basado en el modelo morfologico propuesto por HANAVAN, caracterizando fielmente el cuerpo humano. Resultados: Los modelos matematicos propuestos, permitieron calcular las posiciones, velocidades, y aceleraciones angulares que adopta cada articulacion del bipedo en diferentes instantes de tiempo para realizar un movimiento ciclico. Ademas, fueron encontrados los torques articulares optimos (criterio de minimo consumo energetico) requeridos para realizar un movimiento especifico: marcha compuesta de fases consecutivas de simple apoyo e impacto, sin considerar la fase de rotacion del pie. Con los datos calculados, fue realizada una simulacion. Conclusiones: Finalmente, es posible indicar que el uso de herramientas como la optimizacion parametrica, y el modelado matematico, permite grandes desarrollos en areas como la mecatronica, y la biomedica, donde son requeridos patrones de marcha para ser aplicados en sistemas roboticos, dispositivos de rehabilitacion, e identificacion de patologias. EnglishObjective: This work dynamically and geometrically models a biped structure with 6 degrees of freedom (DOF) because one of the most difficult systems to model is the biomechanics of human walking. Methodology: This study used the parameter-based optimization technique to calculate the cyclical trajectories that define human walking. The geometric and dynamic biped parameters were adopted from the Hydroid robot as it is based on the morphological model proposed by HANAVAN that faithfully characterizes the human body. Results: Using the proposed mathematical models, the positions, speeds, and angular accelerations that each biped joint adopts at different moments of time when performing cyclical movements are estimated. In addition, the study identifies the optimal joint torques (criterion of minimum energy consumption) required to perform a specific movement: walking composed of consecutive simple support and impact phases, disregarding the foot rotation phase. Then, a simulation is performed based on these data. Conclusions: According to the results reported by the study, parameter-based optimization and mathematical modeling will result in extensive development in the mechatronics and biomedical fields, wherein movement patterns are required for their application in robot systems and for rehabilitation and pathology identification devices.