Título
Modelo flexible de movimiento de torso, brazo, antebrazo y muñeca
Autor
VICTOR LOBATO RIOS
Colaborador
ANGELICA MUÑOZ MELENDEZ (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
Human motion analysis is an open research area that focuses on explaining,
by using different kind of sensors, the movements made by a person
and how they are accomplished. An important task of this research area is
proposing computational models able to represent human motion.
People move differently from each other, and some factors such as the
age or loss of physical abilities change their motion patterns, for that, it
is necessary to develop, on one hand flexible methods and motion models;
i.e. able to represent the movements of several groups of people, and on the
other hand simple ones; i.e. based on unsophisticated instruments, such as
wearable systems.
The main goal of this research is proposing and implementing a flexible
motion model based on signals of wireless inertial sensors and an electromyograph
to represent the motion of the trunk, arm, forearm and wrist of
a person with or without motion impairments. This motion model could
be used as a tool to analyze in detail the motion of people to determine
quantitatively the differences in their range of motion.
The developed model represents the motion of ten degrees of freedom of
the body: three of the trunk, three of the shoulder, two of the elbow and
two of the wrist. Our motion model is divided into two parts, on one hand,
the first part consists of a kinematic model that uses the information given
by three inertial measurement units to represent the motion of the trunk,
arm and forearm. On the other hand, the second part consists of a model
based on an ensemble of classifiers able to represent the motion of the wrist
by analyzing characteristics obtained through the electromyographic signals
of the forearm.
Two experiments were conducted in order to validate both parts of us
motion model. For the kinematic model, a reaching task was used as case
study and movement trajectories were compared. Namely, the trajectories of
the nape, arm and hand of five healthy people and one apoplexy patient obtained
through our motion model and through an optical system comprising eight cameras used as our ground truth. For the model based on the ensemble
of classifiers six decision trees were generated. A classification task of
the movements of the wrist of fifteen healthy people was accomplished using
two different data distributions, a random distribution and a distribution
based on individuals.
El análisis de movimiento humano es un área de investigación abierta
donde se busca explicar, a partir de diversos tipos de sensores, qué movimientos
realiza una persona y cómo los realiza. Una tarea importante de esta
área de investigación radica en proponer modelos computacionales capaces
de representar el movimiento humano.
La manera de moverse varía de una persona a otra, y algunos factores
como la edad o la pérdida de capacidades físicas modifican los patrones de
movimiento, por ello, es necesario desarrollar métodos y modelos de movimiento
flexibles, por un lado; es decir, con capacidad de capturar el movimiento
de varios grupos de personas, y simples por otro lado; es decir, que se
basen en instrumentos no sofisticados, como lo son los sistemas “vestibles".
El objetivo de esta investigación es proponer e implantar un modelo
de movimiento flexible basado en señales de sensores inerciales y un electro miógrafo inalámbricos para representar el movimiento del torso, brazo,
antebrazo y muñeca de una persona que tenga o no limitaciones de movimiento.
Este modelo de movimiento podría servir como una herramienta
para analizar de forma detallada el movimiento de las personas y así determinar
de manera cuantitativa las diferencias en sus grados de movilidad.
El modelo desarrollado representa el movimiento que generan diez grados
de libertad del cuerpo: tres del torso, tres del hombro, dos del codo y dos
de la muñeca. Nuestro modelo de movimiento se divide en dos partes, la
primera es un modelo cinemático que utiliza la información de tres unidades
de medición inercial para representar el movimiento del torso, el brazo y
el antebrazo. Y, por otra parte, se cuenta con un modelo basado en un
ensamble de clasificadores, el cual se encarga de representar los movimientos
generados por la muñeca al analizar características extraídas de las señales
electromiografícas del antebrazo.
Se realizaron experimentos para validar las dos partes de nuestro modelo
de movimiento. Para el modelo cinemático se utilizó una tarea de alcance
como caso de estudio y se compararon las trayectorias del movimiento de la nuca, del brazo y de la mano de cinco personas sanas y de un paciente que
sufrió una apoplejía obtenidas por medio de nuestro modelo cinemático y por
medio de un sistema óptico de ocho cámaras que sirve como nuestro ground
truth.
Editor
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
Fecha de publicación
noviembre de 2016
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Versión de la publicación
Versión aceptada
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Audiencia
Estudiantes
Investigadores
Público en general
Sugerencia de citación
Lobato-Rios V.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional del INAOE
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