Estudo de um modelo dinâmico para avaliação física do corpo humano

Abstract

O problema da modelagem da locomoção humana tem atraído a atenção de pesquisadores por muitos anos. A compreensão, análise e avaliação da marcha humana oferecem dados importantes para o uso de próteses dos membros inferiores. O objetivo deste trabalho é apresentar um modelo matemático da marcha humana, através de um modelo simplificado do corpo humano para que sirva de referência no trabalho de adaptação ao uso de próteses. O desenvolvimento da modelagem, parte da geometria dos membros inferiores num sistema de referência bidimensional e utiliza o princípio da diferença entre as energias cinética e potencial do sistema, ou seja, o método de Lagrange, introduzido na forma matricial. O modelo é representado na fase de oscilação, por dois segmentos interconectados com massas concentradas que oscila como um pêndulo duplo. Na fase de apoio é representado por três segmentos interconectados com massas concentradas que se movimenta como um pêndulo triplo invertido. Obtidas as equações que representam o modelo, os torques nas articulações do tornozelo, joelho e quadril são obtidos e a simulação numérica é realizada no programa MATLAB. Os resultados dos torques calculados apresentaram coerências com os da literatura, porém, na fase de apoio diferenças significativas foram registradas.

The problem of human locomotion modeling has been attracting the researcher attention for many years. The understanding, analysis and evaluation of the human locomotion provide important data for the use of prostheses in the inferior parts of the body. The aim of this issue is to present a mathematical model of the human locomotion through a simplified model of the human body so that it serves as reference in the adaptation for prostheses usage. The modeling was developed using the geometry of the inferior parts of the body in a system of bidimensional references and applies the principle of difference between kinetic energies and potential of the system, in other words, the method of Lagrange, introduced in the form matrix. The model is represented in the oscillation phase, for two segments interconnected with concentrated masses which oscillates as a double pendulum. In the support phase it is represented in three segments interconnected with concentrated masses which move as an inverted triple pendulum. Since the equations representing the model are provided, the torque in the articulations of the ankle, knee and hip are obtained and the numeric simulation is accomplished in the program MATLAB. The results of the calculated torque showed coherence with the one of the literature, however, in the support phase the significant differences were registered.