Diseño electrónico de un sistema de estimación de orientación basado en sensores inerciales como aplicación en rehabilitación motriz

Abstract

En este trabajo de tesis se hace la propuesta de un sistema electrónico basado en sensores inerciales que pueda ser utilizado para estimar la orientación de articulaciones del cuerpo humano; cada sensor contiene tres acelerómetros y tres giróscopos, integrados en una unidad de medición inercial IMU (del inglés Inertial Measurement Unit). El giróscopo es un sensor que mide velocidad angular y el acelerómetro es un sensor que mide aceleración lineal y al implementarles algoritmos estadísticos de correcciones de deriva es posible modelar cadenas cinemáticas con las que se puede llegar a obtener la orientación y posición de los sensores inerciales. El diseño electrónico permite que se pueda utilizar una red de sensores IMU y estos trasmitan sus mediciones a la computadora para que sean procesados, esta comunicación se hace de forma inalámbrica con dos módulos basados en un protocolo de radiofrecuencia. Para validar el sistema, se montaron dos sensores uno en el brazo y otro en el antebrazo de una persona, a la cual se le pidió realizar movimientos de extensión y flexión hasta los 90°. A los datos arrojados por el sistema electrónico, se le implementó un algoritmo de estimación de orientación desarrollado en la Unidad de Investigación y Desarrollo Tecnológico (UIDT) del CCADET en el Hospital General de México “Dr. Eduardo Liceaga” donde se realizó este trabajo de tesis), con el cual se puede hacer el seguimiento del ángulo que forma la articulación del codo al hacer estos movimientos. Se hizo la comparación de los resultados con los datos arrojados por un sistema de seguimiento óptico Kinect, de la marca Microsoft. Obteniendo resultados consistentes respecto al sistema óptico de referencia. El presente trabajo es la base para el desarrollo a mediano plazo de un sistema completo de seguimiento de movimientos humanos, portátil, ergonómico y de bajo costo, basado en sensores inerciales, con potencial en aplicaciones clínicas en medicina física y rehabilitación.