Mejora en la estimación de fuerzas musculares mediante el uso de medidas de electromiografía (EMG)

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José Ignacio Navarrete González
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1 Mejora en la estimación de fuerzas musculares mediante el uso de medidas de electromiografía (EMG) Alumno: Eduardo A. González Ruiz Tutores: Urbano Lugrís Armesto, Florian G. B. Michaud Septiembre, 2017

2 Índice 1. Introducción 2. Modelos y experimento 3. Cálculo de fuerzas musculares 4. EMG Driven 5. Resultados 6. Conclusiones 2

3 1. Introducción 3

4 2. Experimentos y Modelos 4

5 2. Experimentos y Modelos Captura del movimiento 9 Markers Pasivos 12 Cámaras Infrarrojas 5

6 2. Experimentos y Modelos Movimiento Estudiado Flexión y Extensión del codo 6

articulaciones esféricas y de revolución 13 grados de

7 2. Experimentos y Modelos Modelo Esquelético Articulaciones consideradas 5 segmentos anatomicos rigidos unidos por articulaciones esféricas y de revolución 13 grados de libertad (GDL). Cálculo de los pares cinemático Formulación de la Matriz-R 7

8 2. Experimentos y Modelos Modelo Músculo-Esquelético 7 Músculos implicados a) Grupo muscular Bíceps (Flexor) b) Músculo Braquial (Flexor) c) Grupo muscular Tríceps (Extensor) d) Músculo Braquiorradial (Flexor) 8

9 2. Experimentos y Modelos Modelo Musculo-Esquelético Modelo completo (OpenSim Stanford University) 9

10 2. Experimentos y Modelos Movimiento con el modelo músculo-esquelético 10

considerados Las señales mioeléctricas obtenidas

11 2. Experimentos y Modelos Medición EMG Fueron utilizados 6 electrodos para los 7 músculos considerados Las señales mioeléctricas obtenidas presentaban perturbaciones (ruido) TRATAMIENTO DE SEÑALES 11

12 2. Modelos y Experimentos Tratamiento de las señales 1. RECTIFICADO. Eliminar valores negativos de la medición 2. NORMALIZADO. Obtener valores entre 0 y 1 3. FILTRADO. Utilizando un filtro SSA (Singular Spectrum Analysis) 12

13 3. Cálculo de fuerzas musculares 13

14 3. Cálculo de fuerzas musculares Modelo Muscular de Hill Músculo Tendón F MT M M ( FCE FPE ).cos( ) F0 M. f T T ( ) F MT F M 0. f T T ( ) ~ MT M M MT M M M F F. f ( l ) F F. a. f ( l ). f ( v ) PE 0 PE CE 0 l ~ v ~ Curva fuerza-longitud del tendón Curva fuerza-longitud del elemento contráctil y pasivo Curva fuerza-velocidad del element contráctil 14

15 3. Cálculo de fuerzas musculares Integración del Modelo Muscular de Hill a x F x a f ( a, u) 1 F f2( a, F, l, v) f ( x, u, l, v) 15

16 3. Cálculo de fuerzas musculares Cálculo del par a partir de las fuerzas musculares MT F EMG J T F MT EMG MT = Q EMG 16

17 4. EMG - Driven 17

18 4. EMG - Driven Optimización Proceso Iterativo 18

19 4. EMG - Driven Criterios de Optimización EMG Driven 1 (Raison et al. 2011) EMG Driven 2 (Lloyd and Besier, 2003) EMG Driven 3 (Langenderfer et al. 2005) m = 1,, 7 EMG Driven 4 (LIM UDC) m = 1,, 7 EMG Driven 5 (Sartori,Farina and Lloyd, 2014) m = 1,, 7 m = 1,, 7 m = 1,, 7 19

20 5. Resultados 20

21 5. Resultados Mediante el proceso de optimización se ha MEJORADO la aproximación al par mecánico calculado por dinámica inversa, respecto al par obtenido con los parámetros musculares por defecto. Criterio EMG Driven 4, ha proporcionado un MENOR ERROR en comparación con el resto de criterios. A pesar de haber disminuido el error existente, sigue existiendo una diferencia entre las curvas de los diferentes pares (EMG-Driven4 ParDI). 21

22 6. Conclusiones 22

23 Gracias por su atención.

24 Mejora en la estimación de fuerzas musculares mediante el uso de medidas de electromiografía (EMG) Alumno: Eduardo A. González Ruiz Tutores: Urbano Lugrís Armesto, Florian G. B. Michaud Septiembre, 2017

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