Metodología para el análisis de operaciones con riesgo de lesiones físicas mediante biomecánica y electromiografía

Nistal González, Hugo (2016). Metodología para el análisis de operaciones con riesgo de lesiones físicas mediante biomecánica y electromiografía. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Metodología para el análisis de operaciones con riesgo de lesiones físicas mediante biomecánica y electromiografía
Autor/es:
  • Nistal González, Hugo
Director/es:
  • Félez Mindán, Jesús
  • Navarro Cabello, Enrique
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Junio 2016
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Hoy en día, vivimos en mundo en el que la concienciación social está creciendo de manera exponencial. Esto ha hecho que cada vez se tengan más en cuenta las medidas de seguridad en los puestos de trabajos con el fin de evitar accidentes laborales, que venían siendo una lacra en las últimas décadas. No obstante, a pesar de la introducción de un gran número de medidas de seguridad todavía no se ha puesto el foco con suficiente importancia en la manera que tienen los trabajadores de desempeñar ciertas actividades. La errónea realización de esas operaciones puede causar graves lesiones en los trabajadores, que empeoran significativamente su calidad de vida. En esta coyuntura surge este trabajo de fin de grado, que busca desarrollar y validar una metodología que permita analizar la activación muscular de los trabajadores mientras desarrollan su actividad para resolver posibles problemas biomecánicos. Con el objetivo de encontrar la mejor manera de desempeñar la actividad de trabajo y así poder reducir la probabilidad de que se produzca una lesión. Para llevar a cabo esta metodología se hace necesario la utilización de un sistema de captura de señal electromiográfica (EMG) y un software de procesamiento de dicha señal. Además como información de apoyo se recurre a un sistema de captura de movimiento y a un software de análisis biomecánico junto con un modelo musculo-esquelético validado. Tras estudiar las distintas alternativas disponibles se decide utilizar el sistema de sensores de electromiografía superficial de DELSYS así como el sistema de cámaras de captura de movimiento de VICON. Para procesar la información de electromiografía obtenida en los ensayos se usa el software de DELSYS EMGworks y para procesar la información de la captura de movimiento se ha utilizado el software OpenSim haciendo uso de un modelo musculoesquelético de la extremidad superior conocido como UpperExtremityModel que es un modelo tridimensional formado por el tórax y la extremidad superior derecha. Los equipos de captura de datos ha sido posible utilizarlos ya que se encuentran en el Laboratorio de Biomecánica de la Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte de la Universidad Politécnica de Madrid. Una vez escogidas las herramientas a utilizar, se procede a la aplicación de la metodología a un caso particular. El problema que se plantea es analizar si distintos factores como la posición (frontal, oblicua o sobre la cabeza), el brazo con el que se ejecuta la tarea (izquierdo o derecho) y el tipo de movimiento que se realiza (rápido o lento) tienen una influencia significativa sobre la activación muscular. Para ello se analizaran 5 músculos en cada lado del cuerpo: flexores de la muñeca, extensores de la muñeca, deltoides, trapecio fibras superiores y trapecio fibras medias. Para ello se ha diseñado un ensayo sobre un único sujeto consistente en desenroscar la tuerca de un ventilador en una posición elevada, de manera que los brazos se encuentran por encima del nivel de los hombros. Se ha elegido esta operación ya que es una operación habitual en trabajos de mantenimiento y que puede ser peligrosa en ciertos casos. En el ensayo el sujeto ha desenroscado la tuerca de 12 maneras distintas (todas las combinaciones posibles de los tres factores descritos) y cada una de esas 12 se ha llevado a cabo tres veces, con el objetivo de disponer de tres réplicas para el posterior análisis estadístico. Durante las pruebas se capturó la señal EMG mediante los sensores superficiales y la posición en cada instante a través de los marcadores y las cámaras de captura de movimiento. Una vez obtenidos los datos necesarios se procedió a procesar la información EMG obtenida por los sensores, para ello se utilizo el software EMGworks que consta de las siguientes etapas: - Filtrado: se comenzó filtrando la señal haciendo uso del filtro Butterworth con una respuesta de paso de banda entre los 20 y los 300 Hz. Este filtrado de la señal se lleva a cabo para obtener una señal más “limpia” y con menos ruido. - Root Mean Square (RMS): (valor cuadrático medio) se procede a obtener el valor cuadrático medio de la señal obtenida tras el filtrado. Para ello es necesario definir la longitud de la ventana a analizar y el solapamiento de la misma. Lo cual se hace posible a través de la interfaz del propio software. - Subset: al comienzo de esta operación en fundamental detectar, de forma visual, en la grafica RMS el comienzo y final de la actividad muscular. Una vez que se establece el inicio y final de la actividad, en esta etapa se procede a eliminar de la señal aquella parte de la misma que se encuentre fuera del periodo de actividad. De esta manera nos quedamos únicamente con la parte de la señal correspondiente a la actividad realizada. - Threshold: esta etapa y la siguiente solo es necesaria para aquellos músculos cuya gráfica presenta ciclos de activación y desactivación, en nuestro caso estos son los flexores de la muñeca, los extensores y el trapecio fibras medias, mientras que no es necesaria para músculos que se encuentran en posición isométrica (deltoides y trapecio fibras superiores). En esta etapa se genera una gráfica de unos y ceros, unos donde la señal obtenida previamente supera un cierto valor umbral y ceros donde no lo supera. El valor umbral corresponde a un valor por debajo del cual se considera que el músculo esta en reposo. - Simple Math: a través de esta etapa se consigue multiplicar la gráfica obtenida tras el threshold y la obtenida tras el subset, obteniendo así una gráfica donde los periodos de actividad tienen su valor real y los periodos de reposo aparecen como un cero. Tras este proceso se obtienen los resultados de la activación muscular de los distintos músculos en todas las posiciones del ensayo. Ahora y a modo de apoyo se procede a procesar los datos obtenidos del sistema de captura de movimiento, las etapas correspondientes a este proceso son las que siguen: - Transformación de los datos: los archivos que se obtienen de la captura de datos tienen un formato .c3d, sin embargo OpenSim no admite este tipo de archivos, únicamente admite .trc y .mot. Razón por la cual se utiliza el programa llamado MOtoNMS, un código de matlab que permite la transformación de archivos .c3d a .trc y .mot. - Escalado: este proceso consiste en ajustar el modelo musculo-esquelético general al sujeto que se estudia. Esto se hace mediante la interfaz de OpenSim. - Cinemática inversa: en este proceso, también mediante la interfaz de OpenSim, se consigue obtener la trayectoria de los distintos segmentos del modelo a lo largo de la actividad. Por lo que disponemos de la posición en cada instante de la prueba del sujeto. Una vez obtenida esta información se verifica que las posiciones que deberían ser las mismas en cada una de las réplicas, se asemejan lo suficiente como para aceptar esa premisa. Una vez comprobadas las posiciones, se procede a extraer las conclusiones de la electromiografía, para ello se lleva a cabo un diseño de experimentos con tres factores. De este análisis estadístico se ha obtenido que los tres factores tienen una influencia significativa sobre la activación muscular, ya que todos los factores afectaban de manera significativa a al menos un músculo. En consecuencia ha sido posible determinar las dos posturas de entre las 12 que generaban una menor activación muscular de manera significativa y que por tanto son las mejores para desempeñar la tarea descrita con un menor riesgo de lesión. Estas dos posturas han sido: - Posición frontal, brazo izquierdo y movimiento rápido. - Posición oblicua, brazo izquierdo y movimiento rápido. Como conclusión final, cabe mencionar que la metodología desarrollada puede ser de gran utilidad a la hora de analizar problemas posturales en el puesto de trabajo, pudiendo conseguir una disminución de las lesiones laborales con el consiguiente ahorro económico que tienen las mismas y la mejora de la calidad de vida de los trabajadores.

Más información

ID de Registro: 42950
Identificador DC: http://oa.upm.es/42950/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:42950
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 22 Sep 2016 07:47
Ultima Modificación: 13 Oct 2016 14:47
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