Simulación de la interacción entre un mecanismo y un modelo musculoesquelético

Abstract

A día de hoy se han desarrollado numerosos sistemas robóticos para asistir y rehabilitar a personas con movilidad reducida, como por ejemplo los exoesqueletos. A lo largo del planteamiento de nuevas soluciones los investigadores e ingenieros emplean herramientas de simulación como el software OpenSim, que ofrece la posibilidad de recrear el movimiento humano, ahorrando así tiempo y esfuerzo a la hora de idear nuevos sistemas de control o de comprobar la bondad de los existentes. El objeto de este proyecto es el de desarrollar un modelo en OpenSim de la unión entre un exoesqueleto y un modelo musculoesquelético a fin de simular diferentes movimientos, obteniendo así información dinámica y cinemática de las articulaciones del modelo, tanto del exoesqueleto como del sistema musculoesquelético. El desarrollo del modelo se ha realizado utilizando el software SolidWorks para la construcción de la geometría del exoesqueleto y el software OpenSim para la elaboración del modelo completo y la realización de la validación y simulación de la marcha humana sana. Los resultados obtenidos se presentan de forma gráfica a fin de realizar una comparación más visual. Los resultados referentes a la validación del modelo son positivos, ya que los valores obtenidos de la simulación son similares a los extraídos de forma experimental, aunque mejorables. En cuanto a los datos extraídos de la simulación de la marcha humana se asemejan a los valores estándar, por lo que se concluye que lo objetivos planteados para este proyecto se cumplen.

Nowadays, numerous robotic systems have been created to assist and rehabilitate people with mobility diseases, such as exoskeletons. Throughout the development of new solutions, researchers and engineers use simulation tools such as OpenSim software, which offers the possibility to recreate human movement, thus saving time and effort when planning new control systems or check the existing ones. The purpose of this project is to create a model in OpenSim of the union between an exoskeleton and a musculoskeletal model in order to simulate different movements, obtaining dynamic and kinematic information of the articulations of the model, both exoskeleton and of the musculoskeletal system. The development of the model was done using SolidWorks software for the geometry files of the exoskeleton and OpenSim software for the development of the complete model, the validation and the simulation of healthy human gait. The results obtained are presented in a graphic way in order to make an easier comparison. The results of the validation are positive, since the values obtained from the simulation are similar to the experimental ones, although they can be improved. Regarding data from the simulation of the healthy human gait, they are similar to the standard values, so it is concluded that the objectives set for this project are achieved.

A dia d'avui s'han desenvolupat nombrosos sistemes robòtics per l'assistència i rehabilitació de persones amb mobilitat reduïda, com per exemple els exoesquelets. Al llarg del plantejament de noves solucions els investigadors i enginyers empren eines de simulació com el software OpenSim, que ofereix la possibilitat de recrear el moviment hum`a, estalviant així temps i esforç a l'hora d'idear nous sistemes de control o de comprovar la bondat dels existents. L'objectiu d'aquest projecte ´es el desenvolupar un model en OpenSim de la unió entre un exoesquelet i un model musculoesquelètic amb la finalitat de simular diferents moviments, obtenint així informació dinàmica i cinemàtica de les articulacions del model, tant de l'exoesquelet com del sistema musculoesquelètic. El desenvolupament del model s'ha realitzat mitjan¸cant el software SolidWorks per la construcció de la geometria de l'exoesquelet i el software OpenSim per l'elaboració del model complert i la realització de la validació i simulació de la marxa humana sana. Els resultats obtinguts es presenten de forma gràfica per tal de realitzar una comparació més visual. Els resultats referents a la validació del model són positius, ja que els valors obtinguts de la simulació son similars als extrets de forma experimental, tot i que millorables. En quant a les dades extretes de la simulació de la marxa humana s'assemblen als valors estàndard, pel que es conclou que els objectius plantejats per a aquest projecte es compleixen.