Modelo para autoayuda en rehabilitaciones neuromusculares en adultos mayores, implementando técnicas de inteligencia artificial a través de un brazo robótico
El presente trabajo describe el desarrollo, implementación y evaluación del prototipo Biomechanically Assisted Arm Prototype (BAAP), un sistema robótico diseñado para asistir en la rehabilitación neuromuscular mediante la replicación de movimientos de una extremidad superior. Este dispositivo integr...
- Autores:
-
Mercado Bermejo, Gabriel Leonardo
Núñez Blanco, Jesús David
Mendoza Olivo, Carlos Andrés
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Corporación Universidad de la Costa
- Repositorio:
- REDICUC - Repositorio CUC
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/14281
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11323/14281
https://repositorio.cuc.edu.co/
- Palabra clave:
- Neuromuscular rehabilitation
Assisted robotics
Convolutional neural networks
Human-robot Interaction and artificial vision
Rehabilitación neuromuscular
Robótica asistida
Redes neuronales convolucionales
Interacción humano-robot y visión artificial redes neuronales convolucionales
- Rights
- openAccess
- License
- Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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Ruiz Ariza, José David Peñaloza Caicedo, Eliecer |
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Rehabilitación neuromuscular Robótica asistida Redes neuronales convolucionales Interacción humano-robot y visión artificial redes neuronales convolucionales |
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El presente trabajo describe el desarrollo, implementación y evaluación del prototipo Biomechanically Assisted Arm Prototype (BAAP), un sistema robótico diseñado para asistir en la rehabilitación neuromuscular mediante la replicación de movimientos de una extremidad superior. Este dispositivo integra tecnologías avanzadas como redes neuronales convolucionales (CNN), visión artificial y sistemas de control robótico, proporcionando una solución innovadora para abordar las limitaciones de las terapias tradicionales. BAAP utiliza un modelo de predicción basado en Deep Learning, capaz de interpretar gestos en tiempo real a partir de datos visuales capturados por cámaras. Durante su entrenamiento, la red neuronal alcanzó un 98% de precisión en los datos de entrenamiento y un 75% en los datos de validación, además un rendimiento general con matriz de confusión del 90.42% (Overall que entrega el programa de matriz de confusión) y un F1 score de 95%, garantizando una adecuada capacidad de generalización en la clasificación de gestos. Estos gestos son procesados y clasificados para generar comandos que controlan los servomotores del brazo robótico, replicando los movimientos detectados. Las pruebas realizadas demostraron que el sistema es eficiente en términos energéticos, con un consumo que oscila entre 0.2 A en reposo y 3 A bajo condiciones de alta demanda. Este proyecto valida el potencial del BAAP como una solución efectiva en el ámbito de la rehabilitación robótica y sienta las bases para futuros desarrollos en IA aplicada a la salud, abriendo nuevas oportunidades para mejorar la calidad de vida de personas con discapacidades neuromusculares. |
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2025 |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Amaya Tejera, Nazhir JesúsMardini Bovea, JohanMercado Bermejo, Gabriel LeonardoNúñez Blanco, Jesús DavidMendoza Olivo, Carlos AndrésRuiz Ariza, José DavidPeñaloza Caicedo, Eliecer2025-06-04T22:21:01Z2025-06-04T22:21:01Z2025-05-19https://hdl.handle.net/11323/14281Corporación Universidad de la CostaREDICUC - Repositorio CUChttps://repositorio.cuc.edu.co/El presente trabajo describe el desarrollo, implementación y evaluación del prototipo Biomechanically Assisted Arm Prototype (BAAP), un sistema robótico diseñado para asistir en la rehabilitación neuromuscular mediante la replicación de movimientos de una extremidad superior. Este dispositivo integra tecnologías avanzadas como redes neuronales convolucionales (CNN), visión artificial y sistemas de control robótico, proporcionando una solución innovadora para abordar las limitaciones de las terapias tradicionales. BAAP utiliza un modelo de predicción basado en Deep Learning, capaz de interpretar gestos en tiempo real a partir de datos visuales capturados por cámaras. Durante su entrenamiento, la red neuronal alcanzó un 98% de precisión en los datos de entrenamiento y un 75% en los datos de validación, además un rendimiento general con matriz de confusión del 90.42% (Overall que entrega el programa de matriz de confusión) y un F1 score de 95%, garantizando una adecuada capacidad de generalización en la clasificación de gestos. Estos gestos son procesados y clasificados para generar comandos que controlan los servomotores del brazo robótico, replicando los movimientos detectados. Las pruebas realizadas demostraron que el sistema es eficiente en términos energéticos, con un consumo que oscila entre 0.2 A en reposo y 3 A bajo condiciones de alta demanda. Este proyecto valida el potencial del BAAP como una solución efectiva en el ámbito de la rehabilitación robótica y sienta las bases para futuros desarrollos en IA aplicada a la salud, abriendo nuevas oportunidades para mejorar la calidad de vida de personas con discapacidades neuromusculares.This study describes the development, implementation, and evaluation of the Biomechanically Assisted Arm Prototype (BAAP), a robotic system designed to assist in neuromuscular rehabilitation by replicating upper limb movements. This device integrates advanced technologies such as convolutional neural networks (CNN), artificial vision and robotic control systems, providing an innovative solution to address the limitations of traditional therapies. BAAP uses a prediction model based on Deep Learning, capable of interpreting gestures in real time from visual data captured by cameras. During its training, the neural network achieved 98% accuracy in the training data and 75% in the validation data, in addition to an overall performance with confusion matrix of 90.42% (Overall Confusion Matrix Software) and an F1 score of 95%, ensuring an adequate generalization capacity in the classification of gestures. These gestures are processed and classified to generate commands that control the servomotors of the robotic arm, replicating the detected movements. The tests carried out demonstrated that the system is energy efficient, with a consumption ranging between 0.2 A at rest and 3 A under high demand conditions. This project not only validates the potential of BAAP as a viable and effective solution in the field of robotic rehabilitation but also sets a precedent for future developments in AI applied to health, opening up new possibilities to improve the quality of life of patients with neuromuscular disabilities.Contenido Lista tablas y figuras 9 -- Introducción 13 -- Motivación y/o problema 14 –Objetivos 16 – Fundamentos 17 –Robótica 17 -- Inteligencia Artificial y Redes Neuronales 19 -- Terapias Neuromusculares Asistidas por Tecnología 21 -- Revisión de la literatura 23 - Metodología y escenarios de experimentación 39 --Conceptualización y propuesta inicial 45 -- Análisis Cienciométrico 47 -- Diseño y fabricación 56 -- Desarrollo del software 78 – Resultados 92 -- Conclusiones y aportes 103 – Conclusiones 105 –- Aportes 106 -- Trabajos futuros 107 – Discusiones 112 –Referencias 115Ingeniero(a) Electrónico(a)Pregrado126 páginasapplication/pdfspaCorporacion Universidad de la CostaCiencias de la Computacion y ElectronicaBarranquilla, ColombiaIngeniería ElectrónicaModelo para autoayuda en rehabilitaciones neuromusculares en adultos mayores, implementando técnicas de inteligencia artificial a través de un brazo robóticoTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionAméricas, D. 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