Sistema de evaluación del movimiento tridimensional de los dedos de la mano para rehabilitación

Abstract

RESUMEN: En el presente proyecto de investigación se desarrolló un sistema de medición de los rangos de movimiento de las articulaciones de los dedos de la mano .Para ello, se implementaron sensores inerciales ICM-20948 .Este dispositivo dispone de una etapa de procesamiento digital de movimiento ,lo que permitió obtener la orientación y la posición del dispositivo en el espacio tridimensional. Por lo que ,se aplicó a un modelo de cuerpo rígido de cuatro grados de libertad ,equivalente a los dedos de la mano ,un análisis de cinemática inversa, de tal forma que, al conocer la orientación y posición del punto final del cuerpo rígido se obtuvieran el conjunto de ángulos articulares ,los cuales ,describen el rango de movimiento alcanzado por cada uno de los dedos. Se realizaron pruebas de evaluación para analizar y contrastar el efecto en la respuesta del sistema ,bajo un análisis de cinemática inversa comparado con mediciones directas de los ángulos articulares .Se evaluó el rango de movimiento de conexión-extensión de las articulaciones de los dedos índice ,medio y anular. Para esto, se colocaron nueve sensores inerciales sobre las falanges de los dedos y uno más sobre la muñeca. Los movimientos de evaluación se realizaron en ocho personas ,del género masculino en un rango de 25 años a 35 años ,sin afectaciones de movilidad en sus manos. Los resultados obtenidos de los movimientos de evaluación muestran que el análisis con cinemática inversa es un método viable para obtener los ángulos articulares de los dedos de la mano. Los ángulos articulares reconstruidos por cinemática inversa presentaron un error promedio de 1.78° con respecto a los ángulos reales ,el cual es un valor aceptable para la medición del rango de movimiento. No obstante ,este sistema desarrollado no solo mide el rango de movimiento de los dedos evaluados ,sino que también obtenemos el seguimiento y la reproducción de su movimiento tridimensional.

ABSTRACT: In the present research project, a system for measuring the range of motion of the joints of the fingers was developed. So, the inertial sensors ICM-20948 was implemented. This device has a stage of digital motion processing, which allowed to obtain the orientation and position of the sensor in three-dimensional space. For this reason, an analysis of inverse kinematics was applied to a rigid body model with four degrees of freedom, equivalent to the fingers of the hand, to obtain these to joint angles, as of the orientation and position of the end point of the rigid body. Evaluation tests were performed to analyze and contrast the effect on the response of the system, under an inverse kinematics analysis compared to direct measurements of the joint angles. The range of flexion-extension movement of the joints of the index, middle and ring fingers were evaluated using nine inertial sensors on the phalanges of the fingers and one more on the wrist. The evaluation movements were carried out by eight male volunteers (ages 25 to 35), without affected mobility in their hands. The results obtained from the evaluation movements show that the analysis with inverse kinematics is a viable method to obtain the joint angles of the fingers of the hand. The joint angles reconstructed by inverse kinematics presented an average error of 1.78° with respect to the real angles, which is an acceptable value for the measurement of the range of movement. However, this developed system not only measures the range of motion of the evaluated fingers, but also we obtain the tracking and reproduction of its three-dimensional movement.