Prototipo de emulación de movimiento humano mediante una plataforma bípeda humanoide

Prototype for human movement emulation by means of a bipedal humanoid platform

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Resumen (es)

En esta investigación se desarrolló una plataforma bípeda humanoide, cuya función es emular la marcha humana partiendo del principio de mantener el mínimo consumo energético minimizando el movimiento vertical de la pelvis. La plataforma se realizó utilizando herramientas de diseño y simulación como AutoCAD para la estructura mecánica, Solid-edge para el modelamiento tridimensional y Phyton para simular el movimiento de la plataforma. Estas herramientas suministraron las características físicas exactas de la plataforma, permitiendo generar el modelo cinemático. El modelo cinemático de la marcha se desarrolló utilizando MATLAB, así: a partir de una versión modificada de los parámetros de Denavit-Hartenberg se establece la cinemática directa, y la cinemática inversa se determina a partir de una red neuronal de tipo feedforward-backpropagation. Se obtuvo una plataforma bípeda humanoide con diez grados de libertad, capaz de realizar flexión - extensión en la cadera y rodilla, abducción - aducción en la cadera, flexión plantar-dorsal y pronación - supinación en el tobillo. La generación de trayectorias se obtiene en MATLAB mediante el ingreso del número de pasos, la longitud del paso, la altura del paso y una variable de tiempo que separará cada una de las secuencias o subpasos de la trayectoria. Como resultado se obtuvieron las trayectorias articulares en cadera, rodilla y tobillo en los tres planos, las cuales son acordes con la marcha humana y se evidenció con el robot bípedo humanoide.

Con esta investigación se espera establecer nuevos modelos para emular la marcha humana normal y patológica. Asimismo, esta es desarrollada por el grupo de investigación DIGITI de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Resumen (en)

This research develops a bipedal humanoid platform, whose function is to emulate the human gait based on the principle of maintaining the minimum power consumption by minimizing the vertical movement of the pelvis. The platform was developed using design and simulation tools such as AutoCAD for mechanical structure, Solid-edge for tridimensional modeling, and Phyton to simulate the movement of the platform. These tools provided accurate physical characteristics of the platform, allowing to generate the kinematic model. The gait kinematic model was developed using MATLAB, then; from a modified version of the Denavit-Hartenberg parameters the forward kinematics was established; and inverse kinematics is determined based on a feedforward backpropagation neuronal network. It was obtained a bipedal humanoid platform with ten degrees of freedom, capable of flexion-extension at the hip and knee, abduction-adduction at the hip, plantar-dorsal flexion and pronation-supination at the ankle. The trajectory generation is obtained in MATLAB by entering the number of steps, step length, step height and a time variable that will separate each of the sequences or sub-steps of the path. As a result, joint trajectories in hip, knee and ankle in three planes were obtained, which are in accordance with human gait, evidenced by means of the humanoid bipedal robot.

This research hopes to establish new models to emulate the normal and pathological human gait. Likewise, it is developed by research group DIGITI at District University Francisco José de Caldas.