Simulation of human gait using real data in a computational exoskeleton model for lower limb

Abstract

En este trabajo se obtuvieron los torques (momentos de fuerza) ejercidos por las articulaciones de los miembros inferiores (articulación de la cadera y rodilla) a través de una simulación del ciclo de la marcha sobre un modelo computacional de un exoesqueleto de 4 grados de libertad. Se utilizaron datos reales obtenidos en un laboratorio de análisis de la marcha. El modelo computacional del exoesqueleto fue diseñado en SolidWorks® utilizando los datos antropomórfico del sujeto que realizó la caminata en el laboratorio. Se usó el modelo de Hannavan para la determinación de las propiedades inerciales y másicas delmodelo. Los datos fueron procesados en MATLAB®y los ángulos de rotación de las articulación de la cadera y la rodilla fueron obtenidos tanto para el miembro derecho como izquierdo en cada punto de la marcha. Los mismos fueron ingresados al software comercial MSC ADAMS®donde se llevó a cabo al simulación. De esta forma fue posible dimensionar los actuadores que se van a utilizar en la construcción del exoesqueleto.

In this work, the torques (moments of forces) were obtained that perform the joints of the lower limbs (hip and knee) through a simulation of the gait cycle in a computational model of a 4 degree freedom exoskeleton. Real data obtained from a gait analysis laboratory were used. The computational model of the exoskeleton used was designed in SolidWorks® software with the anthropomorphic data of the subject from which the gait cycle data were obtained. For the determination of the inertial and mass properties of the model, the Hannavan model was used. The data were processed using MATLAB® and the rotation angles of the hip and knee joints were obtained for the right and left lower limbs at each time point in the cycle. The processed data were entered into the MSC ADAMS®, commercial software for the design and study of mechanical parts, where the corresponding simulations were performed. In this way, it was possible to size the actuators to be used in the later construction of the exoskeleton.