Tecnologías de Captura de Movimiento y

entornos de Realidad Virtual

jjmarin@unizar.es

Ámbito Laboral, biomédico o deportivo

28-11-2013

Javier Marin

Foro Tecnológico y Empresarial

Biomecánica y Calidad de Vida

Contacto: J. Javier Marín.

jjmarin@unizar.es

976 761978

Grupo Consolidado con 18 Miembros Efectivos:

8 Ingenieros Industriales (5 Dr.) 3 Educación Física y Deporte (2 Dr.)

6 Médicos Forenses (4 Dr.) 1 Bellas Artes (1 Dr.)

Desarrollo de tecnologías en el ámbito de la salud:

Captura de Movimiento y

Modelos Humanos Digitales para

Análisis Ergonómico a nivel de:

Producto, Laboral y Sanitario.

En campo

Músculo-Esquelético

Laboratorio

Simulación 3D Modelos humanos

MoCap

Análisis biomecánico

Análisis Ergonómico

Entorno Operativo …

MoveHuman Sensors

Captura de Movimiento y

Análisis Biomecánico

jjmarin@unizar.es

Tecnología Base del Sistema…

Sensores

Inerciales…

Wireless

Componentes del Sistema

En campo

y oficina

Tablet

Entorno de Animación 3D

Tecnología del Sistema…

Unidades

ópticas…

Unidades ópticas …

Modelo Humanos Digitales

Aplicación del Sistema en distintos ámbitos…

Sensores

Inerciales…

Salud Laboral

Diseño Productos Biomédico

y Forense Deportivo

Biosanitario

Prevención de Riesgos Laborales…

Entornos

reales…

Ambito Salud

Laboral

Evaluación de Riesgos de Tareas Repetitivas

basado en Simulación Dinámica de Esfuerzos

con Modelos Humanos.

Febrero 2013 jjmarin@unizar.es

Sistema MH-FORCES:

No se producen como consecuencia de traumatismos sino por sobrecarga

mecánica en determinadas zonas que por la acción de microtraumatismos

repetitivos dan lugar a lesiones Acumulativas.

Son tareas no lesivas en si, pero que pueden derivar en lesiones al acumularse

su efecto negativo a lo largo del tiempo.

TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS (TME) Microtraumatismos Repetitivos (MTR)

Son trastornos

acumulativos

TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS (TME)

¿Qué factores intervienen?

TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS (TME)

Hay que moverse …

TME…

Factores de Riesgo:

- Fuerza.

- Postura.

- Tiempo.

- Repetitividad.

- Recuperación.

(Forzada o malos hábitos)

-Otros … (frío, calor, vibraciones …)

Evaluación de Riesgos de Tareas Repetitivas.

Basado en cálculo de esfuerzos en las

articulaciones y en los cambios de rotación

que soportan las articulaciones durante cada

ciclo de fabricación.

Move-HUMAN Forces

Método predictivo de riesgo musculesquelético

Sistema Move-Human FORCES

Fundamentado en:

- Cambios de sentido de giro en articulaciones

- Posturas estáticas (mantenidas en exceso)

- Cambios de Fuerzas/Momentos en manos

Detectar y contabilizar los INSTANTES DE RIESGO …

En cada articulación y ángulo

Estima el riesgo evaluando ciertos factores

Y en esos instantes …

¿Cómo se detecta un Instante de Riesgo?

(Análisis variación de cada ángulo a lo largo del tiempo)

Cambio del sentido de giro

Posición estática

Tiempo

Angulo

Instantes de Riesgo …

Condiciones para considerar un Instante de Riesgo …

Cambio del sentido de giro

Posición estática

Tiempo

Angulo Tiempo > 4 seg.

Pendiente, antes de parada , importante

NO

SI

Rango búsqueda

Parámetros: Int.Max_seg = 1 seg (Rango búsqueda. Intervalo para calcular Max/Min locales)

VAmin = 10 [º/seg]

Static_seg = 4

Int.Med_seg = 0.5 (Intervalo para calcular valores medios. Fuerzas Inercia)

Se distinguen por VA=0

MH - FORCES

Base del método …

Detectar Instantes de Riesgo A lo largo del

tiempo de ciclo

En cada ARTICULACIÓN

y en cada ANGULO

Muñecas

Codos

Hombros

Cervical

Lumbar

Flexión–Ext. / Radial-Cubital

Flexión / Prono–Supinación

Flexión–Ext. / Abducción / Rot.

Flexión–Ext. / Lateral / Rotación

- Magnitud del ángulo de rotación – y otros ángulos implicados.

- Arco de giro recorrido desde el último cambio.

(a mayor arco -> menor riesgo)

- Velocidad angular (poco antes o poco después de la parada).

Grado de aceleración / deceleración sufrida.

- Fuerzas axiales y de corte.

- Momentos flectores y torsión.

- Para la mano – tipo de agarre.

¿Qué factores de riesgo tiene en cuenta?

En cada INSTANTE DE RIESGO …

Ángulos en las articulaciones…

Factor de Riesgo asociado a

la Magnitud del Angulo

Modelo Esqueletal

Sistema Ref. Pelvis

Modelo Esqueletal

Vector Espalda

Ri

Vector Pelvis

Y

Rp

Vector Espalda

X (caderas)

Rs

Rl Rs = Rot. Sagital (Rx)

Rl = Rot. Lateral (Rz)

Rp = Giro Propio

Sistema Ref. Body

(girado Ry Pelvis)

Ybody (┴ suelo)

Zbody (┴ caderas)

Rs

Rf

Rp

Sistema Ref. Tórax

Brazo Dch. Ri = Inclinación

(v.brazo. - v. tórax)

Ra = Giro adelante-atrás

Rp = Giro Propio

Z

X

Y

Ri

Ra

Factor de Riesgo asociado a la Magnitud del Angulo

Hombros

Re Ra

0 -45 -20 -5 5 45 90 120 135

0 1 1 1 1 1 1 1 1

5 1 1 1 1 1 1 1 1

20 1.4 1.4 1.1 1.1 1.1 1.1 1.3 1.3

45 1.7 1.7 1.4 1.4 1.3 1.2 1.4 1.4

90 2 2 1.8 1.8 1.6 1.5 2 2

135 2 2 2 2 1.9 1.9 2 2

180 2 2 2 2 2 2 2 2

Abduc. Pura Flex.Pura

Re – Elevación

Ra – Adelante-Atrás

0

5

20

45

90

135

180

-45-20

-55

4590

120135

Riesgo (Elevación - Adelante.Atrás)

Elev. Adel. Atrás

X

Z

X

Z

Y

X

Z

Y X

Z

Y X

Z

Y

Sistema de Referencia de

las Articulaciones

Lumbar -> S.R. Pelvis

Hombro -> S.R. Torax

Cervical -> S.R. Torax

Codo -> S.R. Brazo

Carpo -> S.R. AnteBrazo

Articulación -> Segmento “Padre” (Sist.Ref)

X (Eje Axial)

Z

Plano YZ

Fuerza Tracción (+)

Fuerza sobre una Articulación.

Axial – Corte.

Sistema de Referencia solidario al Hueso “Padre”

Punto Giro

Articulación

Fuerza Corte (sobre plano YZ)

Fuerza sobre

Art. hombro

MH-Forces

Operativa de funcionamiento …

1º. MoCap …

Caracterización del

Movimiento

Fuerzas [Kg]

Izq Dch

5 Kg

2b. Introducir fuerzas externas sobre las manos …

MH- FORCES …

Visualizar

Resultados …

Evolución de Riesgos Acumulados.

Biomecánica

MH-FORCES

Impacto de las fuerzas externas

sobre las manos …

Vector Fuerza [Kg]

Vector Momento [Kg x m]

Centro de

Gravedad

CG

Fuerza de Inercia …

MH-FORCES

Movimiento muy rápido …

Detectar riesgos Carga Postura

Evaluación manipulación cargas

Equipamiento complementario …

EMG de Superficie

MH-Sensors + EMG superficie

Dinamómetros

Guante con sensores “Data Glove”:

The Grip system measures and records the dynamic pressures and forces

hands and fingers apply while grasping, gripping, holding, moving, lifting, and

using objects.

“Data Glove” motion:

5DT Data Gloves Captura movimiento de mano y

dedos …

Reconstrucción 3D del Entorno…

Fotogrametría…

Ambito Producto

Fotogrametría

Cabina de conducción de Tren de Alta Velocidad

Cabina de Conducción –TALGO S-112 Serie S730

170 cm

50 cm

ANALISIS DIMENSIONAL.

46 cm

92.5 cm

111.2 cm 96.7cm

ANALISIS DIMENSIONAL.

96.7 cm

77.6 cm

93.8 cm

ANALISIS DIMENSIONAL.

C2

B2

A2

Se puede observar que los controles

principales están dentro del alcance

máximo, pero el resto de controles se

encuentran más alejados.

Dimensiones Datos UNE

14738

OK

A2 730 p

B2 1700 1170 Mayor

C2 500 415 Mayor

Elipse de alcance máximo recomendado.

ANALISIS DIMENSIONAL.

Simulaciones para el alcance del teléfono, GSMR,

e interfono en STFB Simulación

P. real

Entorno Diseño

CAD

Campo Visual

120˚ Visión binocular

60˚ Discriminación cromática

30˚ Reconoce símbolos

20˚ Reconoce escritura

Grados de

Amplitud

Campo Visual.

Campo Visual

Sistema Move&Reach para la

Evaluación de la Capacidad Funcional

Ambito clínico y forense.

Ambito Biomédico

Dr. Juan Antonio Cobo

Dr. José Manuel Arredondo

Dra. Mª Dolores Ramón

Dr. Salvador Baena

Dr. Paulino Querol

Dra. Isabel Mª Moreno

Prof. J. Javier Marín

Prof. José Manuel Auría

Prof. José Luis Huertas

Prof. Belén Sánchez

Prof. Ana Serrano

Ing. Carlos Gil

Ing. Isabel García

Dr. Ing. José Manuel Álvarez

Dra. Rosa Hueso

Dra. Mar Pardos

Ing. Javier Ipas

Sistema Move&Reach

Dispositivo y Método para la Evaluación de la Capacidad Funcional

Patente de la UZ

Evaluación del

Rango Articular

Espalda Angulos analizados

Posición

Sensores

Capturas

Posición inicial

Cervical Angulos analizados

Hombro Angulos analizados

Recreación del Movimiento

Recreación del Movimiento

Sistema Move&Reach

Rango articular

Sistema Move&Reach

Prueba de “búsqueda y alcances” - dispositivo

Sistema

Move&Reach

Prueba

búsqueda y alcances

Ambito deportivo

MH-Bike

¡ Ciclismo saludable !

Sistema de Aparatos de Ejercicios de Control Motor para pacientes con

Necesidades Especiales

Ambito Biosanitario

Máquinas para control motor

ID_ERGO

Equipo Utilizado

Ubicación Sensores EMG

Bíceps

Tríceps

Deltoides

Cuádriceps

Paravertebrales

Isquios

Gemelos

Abdominales

Equipo Utilizado

Modelo Biomecánico

Máquina SC-101

Percentil 50 Hombre

Máquina SC-101 (Percentil 50 Hombre)

HOMBRO DERECHO HOMBRO IZQUIERDO

Análisis Biomecánico

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103109115121127133139145151157163169

1 - Brazo.D.Rs 1 Marcado 129.91 129.91 -42.81

2 - Brazo.D.Rf 1 68.24 81.45 31.34

3 - Biceps Dch 1 35.12 100.00 0.00

4 - Triceps Dch 1 23.32 88.42 0.00

5 - Deltoides Dch 1 28.76 93.22 0.00

-50

0

50

100

150

200

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103109115121127133139145151157163169

1 - Brazo.I.Rs 1 Marcado 147.62 149.54 -34.64

2 - Brazo.I.Rf 1 69.63 75.19 31.87

3 - Biceps Izq 1 13.39 87.83 0.00

4 - Triceps Izq 1 25.04 96.01 0.00

5 - Deltoides Izq 1 13.72 100.00 0.00

CODO DERECHO CODO IZQUIERDO

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103109115121127133139145151157163169

1 - AnteBr.D.Rs 1 97.23 151.45 9.03

2 - AnteBr.D.Rp 1 33.56 59.93 -9.09

3 - Biceps Dch 1 Marcado 100.00 100.00 0.00

4 - Triceps Dch 1 26.32 88.42 0.00

5 - Deltoides Dch 1 9.21 93.22 0.00

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103109115121127133139145151157163169

1 - AnteBr.I.Rs 1 Marcado 103.21 138.79 5.71

2 - AnteBr.I.Rp 1 16.35 78.44 0.5

3 – Biceps iz 1 7.96 87.83 0.00

4 - Triceps Izq 1 31.49 96.01 0.00

5 - Deltoides Izq 1 37.69 100.00 0.00

Ir P05 Ir P95

Máquina SC-101 (Percentil 50 Hombre)

CADERA DERECHA

Análisis Biomecánico

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103109115121127133139145151157163169

1 - Muslo.D.Rs 1 Marcado 71.38 72.21 65.15

2 - Muslo.D.Rf 1 1.74 4.63 0.74

-50

0

50

100

150

200

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103109115121127133139145151157163169

1 - Muslo.I.Rs 1 Marcado 76.02 76.53 69.94

2 - Muslo.I.Rf 1 14.70 16.96 13.24

ESPALDA

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101105109113117121125129133137141145149153157161165169

1 - Espalda.Rp 1 Marcado 9.44 9.44 -5.99

2 - Paravertebral Izq 1 22.86 38.43 0

3 - Abdominal Izq 1 19.03 25.43 0.00

CADERA IZQUIERDA

Ir P05 Ir P95

Cojín de Gel

Presión capilar = 60 mmHg Punto de corte a partir del cual aumenta

el riesgo de UPP, pero existen otros

factores (tiempo exposición, humedad,

estado físico, nutrición…)

Según Shapcott & Levy, 1999:

< 80 mmHg no necesitan intervención

80-120 mmHg reajuste sillón

Valores recomendados:

Distribución de Presiones

(Con Cojín de Gel)

Ambito Biosanitario

MH-Treadmill

MoveHuman – Real Time

Entornos Inmersivos de

Realidad Virtual

MoveHuman – Real Time

Procedimiento …

MoveHuman – Real Time

Funcionalidades …

MoveHuman Sensors

Captura de Movimiento y

Análisis Biomecánico

jjmarin@unizar.es