Desarrollo de un método de medición y visualización de variables cinemáticas del tren inferior durante el pedaleo de un ciclista paralímpico con amputación transtibial bilateral
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2024-05
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Resumen
En este trabajo de grado, se presenta un método que permite medir las variables cinemáticas del tren inferior de un ciclista con amputación transtibial bilateral durante el pedaleo. El objetivo principal es determinar el ángulo de la articulación de la rodilla utilizando unidades de medición inercial (IMU) para cada segmento de la articulación, abarcando tanto la pierna como el muslo de ambas extremidades. Se comenzó por comprender el gesto deportivo y la anatomía relacionada con el movimiento durante el pedaleo. Después, se desarrolló un método de medición y se recopilaron datos sobre el ángulo de la articulación de la rodilla. Finalmente, se realizó una evaluación de las variables cinemáticas identificadas.
Para lograr este propósito, se ha desarrollado un proceso de procesamiento de datos que emplea cuaterniones, los cuales ofrecen una notación matemática precisa para representar orientaciones y rotaciones tridimensionales de objetos. A través de la implementación de un algoritmo específico, se procesa la información recopilada por las IMU y se obtiene como resultado el ángulo de la articulación de la rodilla. Este valor es posteriormente visualizado en una interfaz gráfica, proporcionando una representación visual y comprensible de las mediciones realizadas. Entre los hallazgos obtenidos, destaca la influencia del tipo de amputación y el diseño de la prótesis en el valor del ángulo de articulación de la rodilla. En el caso específico de la amputación transtibial bilateral, se observó un ángulo máximo de alrededor de 100° y un mínimo de 25°. Además, se identificó una asimetría cinética en el tren inferior del ciclista, caracterizada por una mayor capacidad de flexión en la pierna derecha.
Descripción
Abstract
In this degree work, a method is presented to measure the kinematic variables of the lower body of a cyclist with bilateral transtibial amputation during pedaling. The main objective is to determine the knee joint angle using inertial measurement units (IMU) for each joint segment, covering both the leg and thigh of both limbs. We began by understanding the sporting gesture and the anatomy related to movement during pedaling. Next, a measurement method was developed and data was collected on the knee joint angle. Finally, an evaluation of the identified kinematic variables was performed.
To achieve this purpose, a data processing process has been developed using quaternions, which offer an accurate mathematical notation to represent three-dimensional orientations and rotations of objects. Through the implementation of a specific algorithm, the information collected by the IMUs is processed and the angle of the knee joint is obtained as a result. This value is then displayed on a graphical interface, providing a visual and understandable representation of the measurements taken. Among the findings obtained, the influence of the type of amputation and the design of the prosthesis on the value of the knee joint angle stands out. In the specific case of bilateral transtibial amputation, a maximum angle of about 100° and a minimum of 25° was observed. In addition, a kinetic asymmetry was identified in the cyclist's lower body, characterized by a greater flexion capacity in the right leg.
Palabras clave
Variables cinemáticas, Ciclismo, Unidades de medición inercial (IMU), Gesto deportivo
Keywords
Kinematic variables, Cycling, Inertial measurement units (IMU), Sport gesture