Zintegrowane symulatory chodu w zastosowaniu do syntezy algorytmów sterowania

• Autorzy: Kaczmarek P. , Kasiński A.

Warianty tytułu

EN

Application of integrated simulators of walking in synthesis of control algorithms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tworzenie efektywnych algorytmów sterowania układami biomechanicznymi wymaga uwzględnienia wielu specyficznych właściwości dynamiki i kinematyki tych układów. Artykuł opisuje metody i narzędzia wykorzystane do stworzenia modelu biomechanicznego kończyn dolnych dorosłego mężczyzny. Szczególną uwagę poświęcono wpływowi mięśni oraz naturalnych ograniczeń na dynamikę całego układu oraz niezbędnym uproszczeniom przyjętym w fazie modelowania. W drugiej części przedstawione zostało zastosowanie modelu jako symulatora dla algorytmów stabilizacji postawy oraz algorytmów sterowania chodem dwunożnych robotów kroczących. Dane z symulacji zestawione z danymi z eksperymentów fizjologicznych pozwalają określić przydatność tych algorytmów w zastosowaniu do sterowania ruchem w układzie biomechanicznym, jak również możliwości ich modyfikacji i rozwijania w celu wykorzystania w systemach funkcjonalnej elektrostymulacji (FES).

EN

In order to create effective and robust control algorithms of biomechanical systems motion, the specific properties of the dynamics as well as kinematics have to be taken into account. This paper describes methods and tools which support biomechanical modelling. These software tools have been used to develop a model of lower extremities of an adult male. Discussed are the features of the model i.e. an influence which muscles and natural movement limitations of knee and ankle joints have on its dynamics. The second part of the paper presents an application of the model to simulate and to test balance and walking control strategies. A comparison of the simulation results to experimental evidence enables the evaluation of usefulness of these strategies in application as controllers of the biomechanics system movement, in particular to a functional electrical stimulation (FES) task.

Słowa kluczowe

PL

model biomechaniczny; symulacja; FES

EN

biomechanical model; simulation; FES

• Wydawca: Uniwersytet Jagielloński - Collegium Medicum ; Index Copernicus Sp. z o.o.
• Czasopismo: Bio-Algorithms and Med-Systems
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 1, no. 1/2
• Strony: 157--163
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kaczmarek P.

• Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Politechnika Poznańska, Poznań, ul. Piotrowo 3a

autor

Kasiński A.

• Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Politechnika Poznańska, Poznań, ul. Piotrowo 3a

Bibliografia

• 1. Bichler E., Celichowski J.: Changes in the properties of mechanomyographic signals and in the tension during the fatigue test of rat medial gastrocnemius muscle motor units, J. Electromyogr. Kinesiol., 11: 387-394, 2001.
• 2. Celichowski J., Bichler E.: The time course of the last contractions during incompletely fused tetani of motor units in rat skeletal muscle, Acta Neurobiol. Exp., 62: 7-17, 2002.
• 3. Enoka R. M.: Neuromechanics of human movement, Third edition, Human Kinetics, United States, 2002.
• 4. Gerritsen K., van der Bogert A., Nigg B.: Direct Dynamic simulation of the impact phase in heel-toe running, J. Biomech. 28(6): 661-668, 1995.
• 5. Hog M., Zajac F., Gordon M.: A muscoskeletal model of the human lower extremity: the effect of muscle tendon, and moment arm on the moment-angle relationship of musculotendon actuators of the hip, knee and ankle, J. Biomech., 23(2): 157-169, 1990.
• 6. Micheau P., Kron A., Bourassa P.: Evaluation of the lambda model for human postural control during ankle strategy, Biol. Cyber., 89: 227-236, 2003.
• 7. Morecki A., Ekiel J., Fidelus K.: Bionika ruchu, Podstawy zewnętrznego sterowania biomechanizmów i kończyn ludzkich. PWN, Warszawa 1971.
• 8. Pratt E. J.: Exploating Inherent Roboustness and Natural Dynamics in the Control of Bipedal Walking Robot, PhD Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2000.
• 9. Pratt J. Dilworth P. Pratt G.: Virtual Model Control of a Bipedal Walking Robot, IEEE International Conferenceon Robotics and Automation, pp.193-198, 1997.
• 10. Wexler A. S., Ding J., Binder-Macleod S. A.: A mathematical model that predicts skeletal muscle force, IEEE Trans. Biomed. Eng., 44: 337-348, 1997.
• 11. Yamaguci G. T., Zajac F. E.: Restoring unassisted natural gait to paraplegics via functional neuromuscular stimulation. A com- puter simulation, IEEE Trans. Biomed. Eng., 37, 1990.