Jogo sério baseado em realidade virtual associado ao processamento de sinal EMG e feedback sensorial para treinamento de prótese de membro superior

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cavalcante, Reidner Santos
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41722
http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.345
Resumo: Amputation is a lasting life experience. Furthermore, prosthesis fitting and training are usually long and sometimes frustrating experiences. Few approaches explore the problem of controlling virtual myoelectric prostheses, using Virtual Reality techniques, as it is not a trivial issue. Besides, the lack of proper sensory feedback, when the system warns the amputee that there has been contact with objects during training, generally leads to a very “artificial” experience for most users. In this work, we propose a system that uses Immersive Virtual Reality (IVR) and EMG (signals that measure muscle activity) signal processing to provide a training environment for amputees who are supposed to use myoelectric prostheses. Here, we also investigate the efficiency of learning how to control a virtual prosthesis with and without sensory feedback. The system runs on a Vive Pro equipment using a Vive Tracker to track the user's arm position and orientation, and mirror the movements into a virtual prosthesis. EMG signals control the opening and closing of the virtual prosthesis, vibration motors placed on the user's forearm provide sensory feedback. The results show that virtual training can be significantly improved when proper tactile feedback is provided, especially for the myoelectric control system. The use of elements from serious Games provided an interactive and specific environment for training volunteers. Both EMG control and tactile feedback have provided an effective control loop allowing for a better sense of realism for the user’s training protocol.
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Few approaches explore the problem of controlling virtual myoelectric prostheses, using Virtual Reality techniques, as it is not a trivial issue. Besides, the lack of proper sensory feedback, when the system warns the amputee that there has been contact with objects during training, generally leads to a very “artificial” experience for most users. In this work, we propose a system that uses Immersive Virtual Reality (IVR) and EMG (signals that measure muscle activity) signal processing to provide a training environment for amputees who are supposed to use myoelectric prostheses. Here, we also investigate the efficiency of learning how to control a virtual prosthesis with and without sensory feedback. The system runs on a Vive Pro equipment using a Vive Tracker to track the user's arm position and orientation, and mirror the movements into a virtual prosthesis. EMG signals control the opening and closing of the virtual prosthesis, vibration motors placed on the user's forearm provide sensory feedback. The results show that virtual training can be significantly improved when proper tactile feedback is provided, especially for the myoelectric control system. The use of elements from serious Games provided an interactive and specific environment for training volunteers. Both EMG control and tactile feedback have provided an effective control loop allowing for a better sense of realism for the user’s training protocol.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)A amputação é uma experiência de vida duradoura e, geralmente, o ajuste e treinamento de próteses para o amputado, são experiências longas e, às vezes, até frustrantes. Poucas abordagens exploram o problema do treinamento para controle de próteses mioelétricas, por meio de técnicas de Realidade Virtual, pois não se trata de uma questão trivial. Além disso, a falta de feedback sensorial adequado, quando o sistema avisa ao amputado que houve contato com objetos durante o treinamento, geralmente, leva a uma experiência muito “artificial” para a maioria dos usuários. Neste trabalho, propõe-se um sistema que utiliza técnicas de Realidade Virtual Imersiva e processamento de sinais EMG (sinais que medem a atividade muscular), para proporcionar um ambiente de treinamento para amputados que deverão utilizar próteses mioelétricas. Igualmente, a eficiência de aprender a controlar uma prótese virtual com e sem feedback sensorial é investigada. O sistema é executado em um equipamento Vive Pro utilizando um Vive Tracker para rastrear a posição e orientação do braço do voluntário e espelhar os movimentos em uma prótese virtual. Os sinais EMG controlam a abertura e o fechamento da prótese virtual e motores vibracionais colocados no antebraço do voluntário fornecem feedback sensorial. Os resultados mostram que o treinamento virtual pode ser significativamente melhorado quando o feedback tátil adequado é fornecido, especialmente para o sistema de controle mioelétrico. O uso de elementos de Jogos sérios proporcionaram um ambiente interativo e específico para o treinamento dos voluntários. Esse controle mioelétrico e o feedback tátil proporcionaram uma malha de controle eficaz permitindo uma melhor sensação de realismo para o protocolo de treinamento do voluntário.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia ElétricaSoares, Alcimar Barbosahttp://lattes.cnpq.br/9801031941805250Lamounier Júnior, Edgard Afonsohttp://lattes.cnpq.br/5870097378411046Pinho, Marcio Sarrogliahttp://lattes.cnpq.br/9183721973235194Bastos Filho, Teodiano Freirehttp://lattes.cnpq.br/3761585497791105Lopes, Renato de Aquinohttp://lattes.cnpq.br/3686451569520273Gomes, Luciano Coutinhohttp://lattes.cnpq.br/3372531394380706Cavalcante, Reidner Santos2024-07-19T15:43:59Z2024-07-19T15:43:59Z2024-05-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCAVALCANTE, Reidner Santos. Jogo sério baseado em realidade virtual associado ao processamento de sinal EMG e feedback sensorial para treinamento de prótese de membro superior. 2024. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI 10.14393/ufu.te.2024.345.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41722http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.345porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-07-20T06:16:13Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41722Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-07-20T06:16:13Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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