Pedana-EMG - univr dsnm

Pedana di forza EMG
Classi di movimento
– Discreti: inizio-fine (calciare, afferrare)
– Continui: ciclici (camminare correre nuotare)
– Seriali: (sequenza di movimenti discreti)
• Oppure a seconda della prevedibilita’ dell’ambiente
– Aperti, contesto con un alto numero di variabili
• sport con avversario, non del tutto preprogrammabile
– Chiusi, contesto con basso numero di variabili
• sport senza avversario, pre-programmabile
Movimenti discreti e continui
• Discreti:
– Curva a campana della velocita’
– Trifasica fra agonista antagonista
• Continui
– curva sinusoidale
– bifase fra agonista e antagonista
• Controllo diverso fra movimenti discreti e
continui?
– Primi apprendimenti motori : movimenti ciclici
– Precisione del movimento: movimenti discreti
EMG
Movimenti aperti chiusi
• Aperti: giochi di squadra, di combattimento
• Chiusi: tiro a segno, ginnastica, biliardo
• Non c’e’ una distinzione fra i due in termini
di difficolta’ assoluta
• La difficolta’ e’ relativa al
– compito motorio (es: sport/mov. quotidiani)
– livello di abilita’ (es: atleti/principianti)
Metodi di Misurazione
• Misura dell’effetto del movimento
– ampiezza, tempo, errore
• Misura delle caratteristiche intrinseche del
movimento
– cinematica, dinamica, elettromiografia, TMS
La misura dell’effetto del movimento
• Ampiezza, tempo ed errore (variabilità) del movimento
• Ampiezza: misura la prestazione motoria in modo molto
generale. Non dipende solo dalla quantità di forza
espressa ma è anche effetto di coordinazione motoria (es:
minimizzare le traiettorie)
• Tempo del movimento TM, tempo di reazione TR
– TM e’ funzione dell’ampiezza, e’ legato alla velocita’ di
esecuzione, e’ legato alla precisione richiesta.
– TR: dal segnale alla prima attivazione muscolare si ha una
soglia di 40-60ms
• Dipende dallo stimolo, dai sensori stimolatie dal compito motorio
Variabilita’ nella misura del
movimento
• 1-Errore costante: la deviazione media dal
target
• 2- Errore variabile: variabilita’ delle prove
Tiro al bersaglio
• A= molta variabilita’
• B= molto costante
A
B
Misura dell’errore
• Errore costante
– EC = Σ (xi -PC) / n
• Dove xi è il risultato
della prova "i", PC è la
misura del target ed n è
il numero di prove
eseguite
• Errore variabile
• Dove EC errore
costante
n
∑ [ x − ( PC − EC )]
2
i
EV =
n
Variabilità totale
• Errore variabile: misura la variabilità fra le
prove non tiene conto della deviazione
media dal target
• Errore costante: tiene conto della deviazione
media dal target ma non considera la
variabilità
• Variabilità totale: combina le due misure
Variabilità totale
VT = EV + EC
2
2
2
n
∑ ( x − PC )
i
VT =
2
n
2
Cinematica, Dinamica, EMG
• Cinematica: spostamento ( e derivate) dei
centri articolari nel tempo (3D)
– pattern motori intersegmentali nello spazio
• Dinamica: forze impresse (3 assi)
– pattern di forze
• EMG: attivazione muscolare nel tempo
– pattern di azioni agonisti antagonisti
Pedana di forza
• Misura:
–
–
–
–
–
Stabilità posturale nel tempo
Locomozione
Salti
Atterraggi al terreno (dopo una fase di volo)
Salita e discesa dalle scale
FORZE E MOMENTI
La forza è data da qualsiasi causa capace di
modificare lo stato di quiete o di moto di
un corpo. Una forza è l’azione di un
corpo su di un altro.
Per descrivere una forza applicata, tre
elementi sono necessari:
Punto d’applicazione
Intensità
Direzione e verso
Il punto d’applicazione è il punto del corpo a cui è applicata la forza (il
punto A della figura).
L’intensità (oppure il modulo o la grandezza) di una forza è il numero
espresso in Newton [N] che misura il valore della forza.
La direzione è definita dalla retta d’azione ed il verso dalla freccia.
Due forze P e Q, applicate nel punto A, possono venire riassunte
nell’unica forza R, che esercita lo stesso effetto su A.
Tale forza R prende il nome di Risultante. Questo modo di comporre le
due forze P e Q, prende il nome di regola del parallelogramma.
Composizione di forze nel piano
L’insieme di due o più forze,
agenti contemporaneamente
su un corpo, costituisce un
sistema di forze; un sistema
di forze si dice sistema di
forze piano, quando tutte le
rette d’azione giacciono
nello stesso piano e ciascuna
di queste forze si dice
complanare.
MOMENTO DI UNA FORZA
Il momento di una forza F rispetto
ad un punto O, è il prodotto
dell’intensità della forza F per
la distanza (il braccio) del
punto O dalla retta d’azione
della forza.
1.
Punto di applicazione O
2.
Intensità pari al prodotto di F
per b
M = F•b
Essendo la forza espressa in Newton
[N] e la distanza in metri [m], il
momento di una forza sarà
espresso in Newton•metro
[N•m]
La pedana di forza
• Permette di misurare :
•
- Le forze su tre assi
•
- Gli spostamenti antero-posteriori e
latero-laterali
Le Forze misurate su tre assi
Fy
Fx
Fz
La somma algebrica dei momenti delle singole forze, rispetto ad un
generico punto O, è uguale al momento della risultante R, rispetto allo
stesso punto.
• MR = R x b
• M1 = F1 x b1 M2 = F2 x b2
• da cui
• MR=M1+M2
• e cioè
• R x b=(F1 x b1)+(F2xb2)
F 1 ⋅ b1 + F 2 ⋅ b 2
b=
F1 + F 2
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
-100
Fx [N]
Fy [N]
Fz [N]
0
2
4
6
8
10
12
Time (seconds)
14
16
18
20
La pedana
La pedana
Un passo con una o due pedane
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
-100
-2000.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Fx [N]
Fy [N]
Fz [N]
Time (seconds)
1200
1000
800
Fx [N]
Fy [N]
Fz [N]
Fx [N]
Fy [N]
Fz [N]
600
400
200
0
-200 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Time (seconds)
1.4
1.6
1.8
Un salto
2400
2000
1600
Fx [N]
1200
800
Fy [N]
400
Fz [N]
0
-400 0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Time (seconds)
240
200
160
120
80
40
0
-40
-80
-120 0
Ax [mm]
Ay [mm]
0.5
1.0
1.5
2.0
Time (seconds)
2.5
3.0
3.5
Corsa con due pedane
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-4000.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Fx [N]
Fy [N]
Fz [N]
Fx [N]
Fy [N]
Fz [N]
Ay
Time (seconds)
320
280
240
200
160
120
80
40
0
-40
-80
-120
-160
-200-160-120 -80 -40 0
Ax vs Ay [mm]
Ax vs Ay [mm]
40 80 120 160 200 240 280
Ax
Gli spostamenti
™ Sono riferiti allo spostamento del Centro di Pressione (COP)
™ Il Centro di Pressione (COP) è la proiezione sul piano della
pedana del baricentro del soggetto quando rimane fermo;
™ Si possono misurare gli spostamenti del COP rispetto ai due
assi cartesiani:
- Spostamento latero-laterale (Sx)
- Spostamento antero-posteriore (Sy)
+
-
y
+
-
x
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
Ax [mm]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Time (seconds)
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
Ay [mm]
0
2
4
6
8
10
12
Time (seconds)
14
16
18
20
™ Tale traiettoria viene definita “Migrazione del COP”.
Ay
™la pedana permette anche di misurare la traiettoria che
compie il COP durante tutto il tempo che il soggetto rimane
sopra la pedana;
-16
-18
-20
-22
-24
-26
-28
-30
-32
-34-10
Ax vs Ay [mm]
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Ax
Migrazione del COP di un soggetto fermo in piedi per 30 sec. con gli occhi aperti
Ay
Soggetto fermo con occhi aperti e occhi chiusi
-16
-18
-20
-22
-24
-26
-28
-30
-32
-34
-10
Ax vs Ay [mm]
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Occhi Aperti
10
Ax
-20
-25
Ay
-30
-35
Ax vs Ay [mm]
-40
-45
-50
-55
-10
-5
0
5
10
Ax
15
20
25
Occhi Chiusi
Poter interpretare correttamente il segnale della
pedana è indispensabile conoscere la “cinematica”
del movimento che si sta studiando
La pedana può essere usata in vari ambiti:
9 Studio del movimento umano
9 Studio movimenti sportivi
9 Diagnostica
9 Riabilitazione
Dinamica
Spostamento A-P (mm)
Grafico Tipo Migrazione COP
50
0
-50
-100
0
200
400
600
800 1000 1200
Tempo (frames)
1400
1600
1800
2000
0
200
400
600
800 1000 1200
Tempo (frames)
1400
1600
1800
2000
Spostamento L-L (mm)
20
0
-20
-40
-60
Spostamenti
calcolati dai
momenti delle forze
applicate
Dinamica
100
80
Ava nz a m e nto
60
40
20
0
Arre tra m e nto
-20
-40
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
• Area descritta dal
gomitolo formato
dalla migrazione del
Centro di Pressione
che e’ definito
come la proiezione
del Centro di Massa
sul terreno.
Spostamento Antero Posteriore (mm)
Dinamica
Displacement A-P total movement (20 seconds)
80
60
PA
Dis
plac 40
eme
nt 20
(m
m) 0
RA
-20
-40
-60 0
2
4
6
8
10
12
Time (seconds)
14
16
18
20
Cinematica
Karate: spostamento di una zavorra dopo un tiro diretto
Spostamento per le due Tecniche
Spostamento Box (cm)
20
16
12
8
L e g en d
4
Principianti OA
Principianti OC
Esperti OA
Esperti OC
0
Spalla Avanti Spalla Dietro
Speed Punch
**
8
7
6
SF
SA
5
4
3
2
1
0
Expert
Novice
Impulse of the punch
50
*
45
*
40
Impulse (N*m/s)
Speed (m/s)
9
35
30
25
20
15
10
5
0
Expert
Novice
SF
*
*
SA
Resting Area (RA)
Punching Area (PA)
70
1200
*
SF
60
SA
50
600
400
200
SF
SA
40
30
20
10
0
0
Expert
Novice
Expert
Forward displacement of the COP
*
70
60
50
40
30
20
10
0
Expert
Novice
Novice
Backward displacement of the COP
SF
SA
Displacement (mm)
80
Displacement (mm)
*
*
2
2
800
Area (mm )
Area (mm )
1000
*
50
45
40
*
SF
SA
35
30
25
20
15
10
5
0
*
*
Expert
Novice
Integrazione percettivo-motoria
Percezione tattile
Pochi N di forza
Alta stabilità posturale
Relazione fra
Oscillazione COP
Oscillazione dito
La camminata
con supporto