La cinemática doble basada en cuaterniones hacia adelante e inversa para el análisis de la marcha bidimensional

Área de la Ciencia:

• Biomecánica
• La robótica
• La cinemática computacional

Sus antecedentes:

• La cinemática de la marcha analiza los ángulos de las articulaciones y los movimientos de los segmentos durante la marcha.
• Los métodos de análisis de la marcha existentes se enfrentan a desafíos en cuanto a precisión, singularidades y complejidad del modelado.
• El modelado cinemático basado en cuaterniones ofrece una solución potencial para un análisis mejorado de la marcha.

Objetivo del estudio:

• Proponer un marco de análisis de la marcha en 2D utilizando el modelado cinemático basado en cuaterniones.
• Abordar y superar las singularidades en la estimación conjunta de las variables.
• Para mejorar la precisión del análisis de la marcha.

Principales métodos:

• Se utilizó la composición de cuaterniones duales para la cinemática delantera (FK).
• Se empleó el método jacobino de menor cuadrado amortiguado (DLS) para la cinemática inversa (IK).
• Evaluación del rendimiento utilizando el error cuadrado medio de la raíz (RMSE, por sus siglas en inglés) en los patrones de marcha normales, de caminar con los dedos de los pies y con los talones.

Principales resultados:

• Los métodos FK e IK propuestos calcularon con precisión la postura y los ángulos de las articulaciones para una cadena cinemática de tres grados de libertad (DoF) en las extremidades inferiores.
• Se ha demostrado su eficacia en diversos patrones de marcha.
• Valida la precisión del modelado basado en cuaterniones en el análisis cinemático.

Conclusiones:

• El marco desarrollado proporciona un enfoque preciso y sin singularidad para el análisis de la marcha en 2D.
• Potencial de extensión para modelar cadenas cinemáticas más complejas, incluido el cuerpo humano completo.
• Aplicable para el análisis clínico de la marcha en el diagnóstico de enfermedades y la evaluación del rendimiento.