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Type: Tese
Title: Modelo biomecânico de corpo inteiro com coordenadas naturais para análise de movimento humano
Author(s)/Inventor(s): Nunes, Marcio de Oliveira
Advisor: Menegaldo, Luciano Luporini
Co-advisor: Souza, Marcio Nogueira de
Abstract: Na análise de movimento humano, modelos biomecânicos computacionais permitem estimar variáveis que dificilmente seriam acessadas de modo não invasivo. Este trabalho realizou um estudo analítico do movimento de corpo inteiro no exercício de apoio sobre o solo. O movimento foi registrado por um sistema de captura de movimento em 12 voluntários saudáveis, utilizando um modelo cinemático desenvolvido neste trabalho para cálculo de ângulos articulares. As forças e torques de reação com o solo foram medidos por quatro plataformas de força, uma em cada pé e em cada mão. Foi desenvolvido um modelo dinâmico de corpo inteiro em coordenadas naturais, utilizando a chamada abordagem multicorpos. O modelo foi composto por 21 segmentos corporais rígidos, com um total de 252 coordenadas generalizadas. As articulações anatômicas foram modeladas por pares cinemáticos esféricos, universais, de revolução e de superfície de contato. O modelo possuía 44 graus de liberdade para simulação dinâmica direta, e para a dinâmica inversa, 66. Forças e torques articulares obtidos por meio da abordagem de multicorpos foram validados por meio das equações de Newton-Euler, apresentando erros máximos de (1,4±0,4) N/kg e (0,75±0,21) Nm/kg, respectivamente para força de reação articular e torque líquido, normalizados pela massa dos voluntários. A análise permitiu evidenciar as diferenças de força e torque articulares entre duas configurações do movimento de apoio sobre o solo com o ombro em abdução e adução. Essa diferença permitiu inferir qual configuração é mais propícia a lesões por esforços excessivos em cada articulação de cintura escapular e membro superior
Abstract: Computational biomechanical models allow estimating variables which cannot be measured directly in a noninvasive way. Here, the push-up exercise was analyzed using a whole body model, which can be considered as a closed-loop multibody system, with a focus on the upper limbs and trunk. The movement was performed by 12 healthy volunteers, while four force platforms collected hands and feet floor reaction forces and torques. Kinematics was measured by a reflective-markers system and joint angles calculated by a custom kinematical model. A multibody system model, based on redundant natural coordinates, was developed, containing 21 segments and 252 generalized coordinates. Anatomical joints were modeled through ball-and-socket, Cardan, hinge and contact surface kinematical pairs. For direct dynamics simulation, the model comprised 44 degrees of freedom and, for inverse dynamics analysis, 66. The inverse dynamics results were validated by an alternative formulation based on NewtonEuler equations, presenting maximum errors of (1,4±0,4) N/kg and (0,75±0,21) Nm/kg for joint reaction forces and net torques, respectively. Different torque and force patterns were observed whether the exercise was performed with the arms adducted or abducted. Such patterns allow inferring which arm configuration is likely to cause overload injuries in specific joints and degrees of freedom
Keywords: Engenharia biomédica
Dinâmica inversa
Dinâmica de multicorpos
Coordenadas naturais
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jul-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Biomédica

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