Ανάπτυξη πειραματικής διάταξης ασύρματων IMUs για αναγνώριση της συνάρτησης μεταφοράς του ανθρώπινου ποδιού κατά το βάδισμα

Δρογώσης, Ανάργυρος; Drogosis, Anargyros

dc.contributor.author	Δρογώσης, Ανάργυρος	el
dc.contributor.author	Drogosis, Anargyros	en
dc.date.accessioned	2018-07-03T09:48:21Z
dc.date.available	2018-07-03T09:48:21Z
dc.date.issued	2018-07-03
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47192
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8551
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Ανθρώπινο Βάδισμα	el
dc.subject	Δυσκαμψία Ποδιού	el
dc.subject	Επιταχυνσιόμετρα	el
dc.subject	Αναγνώριση Συστήματος	el
dc.subject	Φάσεις Βαδίσματος	el
dc.subject	Bluetooth Low Energy	en
dc.subject	System Identification	en
dc.subject	Human Gait	en
dc.subject	Leg Stiffness	en
dc.subject	IMU	en
dc.subject	Wearables	en
dc.subject	Φορητές Συσκευές	el
dc.subject	Medical Device	en
dc.subject	Wireless	en
dc.title	Ανάπτυξη πειραματικής διάταξης ασύρματων IMUs για αναγνώριση της συνάρτησης μεταφοράς του ανθρώπινου ποδιού κατά το βάδισμα	el
dc.title	Development of an Experimental Device with Wireless IMUs for Human Leg Transfer Function Identification During Walking	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ KAI ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/889a79cd27f1653c233596d2ccc86569e4e1aae5
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/989f7eb5ce955dbf96b4eebf1ff0aaec33f7e858
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-09-29
heal.abstract	Ένα πολύ ευρύ και πάντοτε επίκαιρο πεδίο έρευνας, ειδικά στην εποχή της ακμής της ρομποτικής, των προσθετικών μελών αλλά και των ιατρικών συσκευών, αποτελεί η μελέτη του δίποδου και δη του ανθρώπινου βαδίσματος. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το βάδισμα του ανθρώπου παρουσιάζουν οι διάφορες φάσεις του και κυρίως ο τρόπος με τον οποίο το πέλμα έρχεται σε επαφή με το έδαφος. Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών αλλά και η συνεχώς αυξανόμενη υπολογιστική ισχύς, επιτρέπουν την υλοποίηση καινοτόμων διατάξεων και αλγορίθμων ανάλυσης. To «Internet of Things», το «BLE», τα «Big Data» και οι «Wearable» συσκευές, αποτελούν τις βασικές επίκαιρες τεχνολογίες – λέξεις κλειδιά, των οποίων γίνεται χρήση στην παρούσα εργασία, για την ανάλυση του ανθρώπινου βαδίσματος, εστιάζοντας στην κρούση του πέλματος με το έδαφος (Heel Strike). Για το τεχνολογικό κομμάτι, διερευνήθηκε η χρήση τριών ασύρματων αισθητήριων συσκευών της Dialog Semiconductors, οι οποίες διαθέτουν γυροσκόπιο και επιταχυνσιόμετρο και επικοινωνούν ταυτόχρονα με ένα κινητό τηλέφωνο μέσω πρωτοκόλλου επικοινωνίας Bluetooth Low Energy (BLE). Για την φορητότητα της όλης διάταξης, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα μοντέλο εύκολης πρόσδεσης δυο αισθητήρων στα πέλματα και ενός στη μέση, ενώ για τη σύνδεση και ανάγνωση των αισθητήρων αναπτύχθηκε μια εφαρμογή κινητού τηλεφώνου στο περιβάλλον ανάπτυξης EvoThings. Για την αποθήκευση και ανάκτηση των μετρήσεων, δημιουργήθηκαν δυο διαφορετικές βάσεις δεδομένων, μια τεχνολογίας SQL ενσωματωμένη στον Η/Υ όπου γίνεται η ανάλυση, και μια τεχνολογίας No-SQL σε Cloud Server. Οι λήψεις των μετρήσεων έγιναν κατά το βάδισμα ανθρώπου πάνω σε ηλεκτρικό διάδρομο ρυθμιζόμενης ταχύτητας. Σε ότι αφορά το κομμάτι της ανάλυσης των δεδομένων, υλοποιήθηκε ένα σύνολο αλγορίθμων στο υπολογιστικό περιβάλλον Matlab. Ένας αλγόριθμος ανάκτησης επικοινωνεί με τη βάση δεδομένων και καταχωρεί τα αποθηκευμένα δεδομένα σε πίνακες για περαιτέρω ανάλυση. Στη συνέχεια, ένας ευριστικός αλγόριθμος αναγνωρίζει τα βασικά γεγονότα βαδίσματος (gait events) αναλύοντας τις μετρήσεις της γωνιακής ταχύτητας και των επιταχύνσεων, με αποτέλεσμα τη διακριτοποίηση του βαδίσματος σε τέσσερις βασικές φάσεις. Η τελική ανάλυση συσχετίζει τις επιταχύνσεις των πελμάτων και της μέσης κατά στη φάση του Heel Strike, κάνοντας χρήση των μεθόδων του System Identification Toolbox του Matlab. Η συνάρτηση μεταφοράς ενός απλοποιημένου μοντέλου ελατηρίου-αποσβεστήρα υποδεικνύει την τάξη του συστήματος. Επίσης, για την πληρότητα της εργασίας εξετάζονται συστήματα μεγαλύτερης τάξης ως προς την προσαρμογή τους στα πειραματικά δεδομένα. Τελικά, προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα όσον αφορά στην πολυπλοκότητα των μοντέλων που επιχειρούν να περιγράψουν το ανθρώπινο βάδισμα.	el
heal.abstract	A very wide and always up-to-date field of research, especially in the age of robotics, prosthetic limbs and medical devices, is the study of bipedal and more specifically human walking. Of particular interest for the human walking are the gait phases and especially the way the foot contacts the ground. The development of new technologies and the constantly increasing computational power allow the implementation of innovative devices and analysis algorithms. The "Internet of Things", "BLE", "Big Data" and "Wearable" devices, are the key current technologies - keywords used in this work to analyze human walking, focusing on Heel Strike phase. For the technological part, three Dialog Semiconductor wireless sensors have been employed, equipped with a gyroscope and an accelerometer. All communicate simultaneously with a mobile phone, using the Bluetooth Low Energy (BLE) communication protocol. For the wearability of the sensors, an easy-to-attach wearable model was designed in order to hold a sensor at each foot and one at the waist of the user. For the connection and reading of the sensors a mobile phone application was developed in EvoThings development environment. For measurements storage and retrieval, two databases were created, an SQL technology database embedded in the PC where the analysis was performed, and a No-SQL technology database on a Cloud Server. The measurements were taken in the course of a subject walking on an electrical treadmill of adjustable speed. As for data analysis, a set of algorithms was implemented in Matlab computing environment. A recovery algorithm communicates with the database and records the stored data in tables for further analysis. Then, a heuristic algorithm recognizes the most significant gait events by analyzing angular velocity and acceleration measurements, resulting in the classification of walking in four basic phases. The final analysis associates the foot and waist accelerations during the the Heel Strike phase, using Matlab’s System Identification Toolbox methods. The transfer function of a simplified spring-damper model indicates the order of the system. For the completeness of the work, higher order systems are examined as to their adaptation to the experimental data. Ultimately, useful conclusions are drawn regarding the complexity of models that attempt to describe human walking.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	126 σ.
heal.fullTextAvailability	true