METODOLOGÍA PARA DIMENSIONAMIENTO DE MECANISMO POLICÉNTRICO DE RODILLA UTILIZANDO ANÁLISIS DE MARCHA Y ALGORITMOS GENÉTICOS / METHODOLOGY TO GAUGE A FOUR-BAR LINKAGE PROSTHETIC KNEE MECHANISM BASED ON GAIT ANALYSIS AND GENETIC ALGORITHMS

RESUMEN

El objetivo de esta investigación es desarrollar una metodología para dimensionar un mecanismo policéntrico de rodilla de 4 barras para máxima estabilidad. Basado en el hecho de que la estabilidad del mecanismo durante la respuesta a la carga depende de la posición del centro instantáneo de rotación (CIR) respecto la fuerza de reacción del piso (FRP) durante la fase de apoyo, se desarrolló una plataforma de cómputo que representa el movimiento real de la pierna, el vector FRP y el mecanismo con su CIR. Para obtener los datos de entrada a la plataforma, se realizó un análisis de marcha a una paciente con amputación transfemoral unilateral, obteniendo la FRP, el ángulo de flexo-extensión de rodilla y la cinemática de los miembros inferiores. Por otra parte, a través de los algoritmos genéticos (AGs), se obtienen las dimensiones y configuración de los eslabones del mecanismo requeridas para iterar con la plataforma en la cual, comparando la ubicación de la FRP respecto al CIR en el plano sagital, se determinan las dimensiones funcionales adecuadas. El mecanismo se dimensionó exitosamente utilizando la metodología desarrollada, garantizando estabilidad de la rodilla después del contacto inicial y flexión voluntaria antes del despegue de punta.

ABSTRACT

This research was aimed to develop a methodology for establishing the proper dimensions of a four-bar linkage prosthetic knee mechanism for maximum stability. Based on the fact that the stability of a four-bar knee during load-bearing is determined by the location of the instantaneous center of rotation (ICR) with respect to the ground reaction force (GRF) vector, a computational platform was developed to simulate the movement of the leg, the GRF vector and the position of the ICR of the mechanism. On one hand, a gait analysis was carried out on a subject with unilateral transfemoral amputation, from which the GRF, the knee flexion-extension angle and the kinematics of the lower limbs were determined. On the other hand, genetic algorithms (GAs) technique provided the dimensions and mechanism links configuration required to iterate with the platform on which, comparing the location of the GRF and the ICR in the sagittal plane, the functional dimensions of the mechanism were obtained. The polycentric knee mechanism was gauged successfully by ensuring knee stability during the initial contact and load response as well as the ability to initiate voluntary flexion toward late stance before the toe-off.