Emulación del sistema músculo-esqueletal y el control de movimiento en una plataforma experimental

Abstract

Muchos fisiólogos han observado que el músculo humano o animal es una especie de tejido elástico (como un muelle) con componentes contráctiles, los cuales dan una longitud de umbral modificable neuralmente para el desarrollo de fuerzas. La determinación de las fuerzas del músculo durante el movimiento no es solamente esencial para el análisis de las cargas internas que actúan en los huesos y articulaciones, si no que también contribuyen ha entender más profundamente los controladores neuronales. Los sistemas de control biológicos han sido estudiados como una posible inspiración para la construción de controladores de sistemas robóticos. En este trabajo, se diseño e implemento un sistema biomecánico que tiene propiedades mécanicas casi similares a las de un brazo humano o animal. En este sistema se implementaron modelos matemáticos del músculo biológico, para la generación de fuerzas en el músculo esqueletal total. Además, se desarrollo una red cortical para el control de movimientos voluntarios con restricciones neurofisiológicas y psicofísicas motoras. El controlador neuronal es propuesto para realizar el seguimiento de trajectorias deseadas en la articulación de un simple eslabón controlado por un par de actuadores agonista-antagonista con propiedades musculares. El sistema es capaz de ejecutar movimientos de alcance voluntarios, con perfiles de velocidad en forma de campana bajo perturbaciones. Los resultados experimentales muestran que el sistema presenta las propiedades básicas del músculoesqueletal las cuales son las relaciones fuerza-longitud y fuerza-velocidad. El controlador neuronal permite controlar los movimientos deseados y compesar las fuerzas externas.