Dissertação

{pt_PT=Influence of the Muscle Model on the Musculoskeletal Dynamics of the Upper Limb} {} EVALUATED

{pt=A presente dissertação estuda o uso de quatro modelos musculares no estudo da dinâmica músculo-esquelética do membro superior. Todos os modelos baseiam-se no modelo de Hill diferindo uns dos outros na representação das dinâmicas de ativação e contração. Considerando o tendão como um elemento inelástico ou elástico, modelos musculares sem dinâmica de ativação e com dinâmica de ativação são considerados. O objetivo deste trabalho é compreender qual o modelo mais relevante para o cálculo das forças musculares tendo em conta não só a precisão mas também o custo computacional. As quantidades biomecânicas são obtidas através de um modelo biomecânico do membro superior que inclui sete corpos rígidos atuados por 22 músculos e constrangidos por seis juntas anatómicas. É realizada uma análise de dinâmica inversa com dados cinemáticos recolhidos no Laboratório de Biomecânica de Lisboa. O problema da partilha de forças musculares é resolvido utilizando o método Window Moving Inverse Dynamics Optimization. Deste modo, todo o movimento pode ser analisado com qualquer um dos modelos musculares, e com qualquer tipo de função objetivo, pois o tamanho do problema biomecânico não é uma limitação. Foram calculadas correlações cruzadas entre o EMG e ativações musculares para os quatro modelos. Os resultados estão em média perto dos 0.8 para cada modelo, sugerindo boas predições pelo modelo musculosquelético. Porém, porque apenas um movimento de cada tipo foi analisado e porque as diferenças entre correlações cruzadas para cada modelo muscular não são consideráveis, não foi possível identificar um modelo superior aos outros. , en=The present dissertation studies the use of four muscle models for the study of the musculoskeletal dynamics of the upper limbs. All models are based on Hill’s muscle model but their level of complexity differs in the representation of the muscle activation and contraction dynamics. Considering the tendon element inelastic or elastic, muscle models with no activation dynamics and with activation dynamics are considered. The aim of this study is to understand which model is more relevant to predict muscles forces regarding not only accuracy but also the computational effort. The biomechanical quantities are obtained through a multibody model of the upper limb which includes seven rigid bodies actuated by 22 muscles and constrained by six anatomical joints. Inverse dynamic analyses are performed considering as input kinematic data collected in the Lisbon Biomechanics Laboratory. The muscle force sharing problem is solved using the Window Moving Inverse Dynamics Optimization method. In this form, the complete range of motion can be analyzed with all muscle models, and with any type of objective function, as the size of the biomechanics problem is not a limitation. Cross correlations between EMG and muscular activations for the four models were computed. The results were, on average, around 0.8 for each model, suggesting good predictions by the musculoskeletal model. However, because only one movement of the same type was analyzed and because the differences between cross correlations were not relevant, no definitive conclusions could be made regarding the superiority of any muscle model with respect to another. }
{pt=Dinâmica de contração, Dinâmica de ativação, Tendão rígido, Dinâmica de contração e ativação, Dinâmica músculo-esquelética do ombro, WMIDO, en=Contraction Dynamics, Activation Dynamics, Rigid Model, Contraction and Activation Dynamics, Shoulder Musculoskeletal Dynamics, WMIDO}

Junho 16, 2017, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Jorge Alberto Cadete Ambrósio

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático

ORIENTADOR

Carlos Miguel Fernandes Quental

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Prof Auxiliar Convidado