Anàlisi dinàmica inversa del moviment humà mitjançant el programari Opensim

Aquest projecte de Fi de Carrera d’Enginyeria Industrial descriu els passos per realitzar anàlisis de la mecànica del cos humà a partir de mesures preses en un laboratori de biomecànica que compti amb un sistema de captura del moviment i d’enregistrament de forces de contacte. En concret, s’ha basat en l’experiència acumulada de l’ús del Laboratori de Biomecànica de la UPC, efectuant captures de marxa humana i analitzant-les amb el programari Opensim. Aquest és un programari de lliure accés, desenvolupat pel National Center for Simulation in Rehabilitation Reserch de la Universitat de Stanford (California, EEUU). Al llarg de la present memòria es descriuen tots els sistemes presents al laboratori, incloent la metodologia necessària per la seva posada preparació i utilització, així com la descripció del procés de dades necessari per a adequar les mesures experimentals al programari Opensim. La metodologia descrita es basa en el modelat del cos humà com un sistema multisòlid format per segments rígids amb enllaços ideals, i actuat per un conjunt de músculs, que poden ser substituïts per actuadors associats als graus de llibertat. La captura del moviment es realitza a partir de la posició tridimensional de marcadors fixats en punts del subjecte del qual es pretén analitzar el moviment. La mesura de les forces de contacte s’efectua per mitjà de plaques dinamomètriques. Es descriuen mètodes de càlcul basats en la mecànica analítica del sòlid rígid i s’efectuen computacionalment per mitjà del programari Opensim. La cinemàtica inversa determina l’estat mecànic del sistema al llarg del temps a partir de la posició de punts dels sòlids que el composen (captura del moviment). La dinàmica inversa permet obtenir els valors dels parells articulars. Es presenta l’algoritme de reducció dels residus, un mètode de càlcul dels parells articulars que pretén minimitzar els efectes dels errors i la incertesa derivats de la captura del moviment i les imperfeccions del modelat. Per últim es descriu un mètode d’optimització estàtica per resoldre el Problema del repartiment muscular i així determinar els valors de les forces dels músculs en un moviment capturat. Amb posada en pràctica de tots es mètodes a partir de captures realitzades al laboratori s’obtenen resultats satisfactoris, equiparables als resultats obtinguts en altres estudis de referència. Aquest fet permet a validació del procés complet. A més, part dels resultats obtinguts durant la realització d’aquest projecte han estat utilitzats en un estudi que forma part del Projecte de Fi de Carrera d’Albert Peiret, titulat “Anàlisi multi-escala de les causes biomecàniques de la coxartrosi juvenil”que defineix les bases per analitzar els efectes del moviment del cos en les tensions involucrades en l’articulació del maluc