Monitor parametrów chodu
Projekt i implementacja układu monitorowania parametrów chodu człowieka.
Student - AGH University of Krakow
Opis
Przedmiotem pracy było zaprojektowanie oraz wykonanie układu monitorującego parametry chodu człowieka. Ideą tworzonego urządzenia było połączenie zalet badań przeprowadzanych przy użyciu inercyjnych sensorów przyśpieszeń oraz rezystancyjnych czujników nacisku. Parametry jakie mogą być zmierzone dzięki zastosowanym sensorom to m.in. rozkład nacisku stóp, długość i rytm kroków oraz prędkość i tor ruchu. Stworzony układ miał być prosty w obsłudze oraz wygodny w użyciu, dla tego zdecydowano się na bezprzewodową transmisję danych z układu pomiarowego na komputer z wgraną aplikacją interfejsu. Układ pomiarowy oparto o platformę Arduino Nano, moduł Bluetooth HC-06, moduł trój osiowego akcelerometru oraz żyroskopu GY-521, a także czujniki rezystancyjne SEN- 09375. Aplikację interfejsu stworzono w oparciu o środowisko programistyczne Processing. Wykonany monitor parametrów chodu człowieka działa i generuje wysoce powtarzalne i dokładne wyniki.
Idea projektu
Projekt został wykonany w ramach pracy magisterskiej w trakcie moich studiów na kierunku Projektowanie Mechatroniczne na AGH w Krakowie.
Proces tworzenia
Przegląd dostępnych rozwiązań rynkowych, w tym metod stosowanych ówcześnie do badania parametrów chodu pacjentów. Konsultacje ze środowiskiem inżynierskim w tym z moim promotorem i prezesem firmy, w której to odbywałem właśnie praktyki. Na podstawie powyższych powstały trzy główne idee:
- Mata rezystancyjna - pomysł mojego promotora, który grzecznie odrzuciłem argumentując m.in wysokimi kosztami projektu, ograniczonym długością maty pomiarem parametrów oraz kiepską mobilnością układu
- System wizyjny - pomysł prezesa firmy, w której odbywałem praktyki. To rozwiązanie również odrzuciłem argumentując podobnie jak i wyżej
- Inercyjno-rezystancyjny układ pomiarowy - mój pomysł, wolny był od powyższych wad, niosący za sobą dodatkowe korzyści, ale również ryzyka.
2. Projekt
Rozpoczęcie prac projektowych obejmujących m.in:
- Projekt ideowy
- Dobór podzespołów i komponentów elektronicznych
- Dobór technologii: Arduino (C++), Processing (Java), komunikacja bezprzewodowa Bluetooth
- Wykonanie schematu elektronicznego
- Stworzenie listy BOM
- Zakup komponentów zgodnie z listą BOM
- Wykonanie fizycznego układu pomiarowego zgodnie ze schematem i projektem
- Oprogramowanie układu pomiarowego - Arduino (C++)
- Stworzenie aplikacji interfejsu - Processing (Java)
- Integracja całego układu za pomocą komunikacji Bluetooth
- Uruchomienie układu
- Testy działania układu na sobie oraz zebranych ochotnikach
- Opisanie wyników badań
- Przygotowanie finalnej dokumentacji urządzenia wraz z instrukcją obsługi
- Przedstawienie wykonanego projektu w trakcie obrony tytułu magistra na AGH w Krakowie
Funkcjonalności
- Mobilny układ pomiarowy
- Pomiar parametrów chodu bez ograniczeń przestrzennych, możliwy do wykonania w każdych warunkach
- Ergonomia
- Dedykowana aplikacja desktopowa stworzona do obsługi i rejestracji przeprowadzanych badań
- Wysoce powtarzalne i dokładne pomiary
- Przyśpieszenie, prędkość oraz przemieszczenie w badanych punktach kończyn
- Prędkość oraz rytm chodu
- Długość kroków
- Czas trwania kroku oraz kontaktu kończyn z podłożem
- Nacisk wywierany przez dane partie stóp
- Graficzna i liczbowa reprezentacja danych pomiarowych
- Wybór danych wyświetlanych na wykresach
- Wykresy tworzone w czasie rzeczywistym pozwalające na szybką detekcję poprawności przeprowadzanego badania
- Zakres maksymalnych wartości na wykresach dostosowuje się automatycznie do amplitudy sygnałów
- Wprowadzenie danych pacjenta
- Podsumowanie badania składające się z tabeli zebranych danych w sposób czytelny i łatwy do oceny
- Pole do opisu badania przez lekarza / osobę przeprowadzającą pomiary
- Eksport wyniku badania wraz z opisem lekarskim do gotowego do wydruku pliku PDF (Plik zawiera: date przeprowadzonego badania, dane pacjenta, zestaw wyników w postaci liczbowej oraz sporządzony przez lekarza opis)
- Eksport danych pomiarowych do pliku .txt w celu ich archiwizowania lub przeprowadzenia dalszej analizy.
Podsumowanie
Wykonany monitor parametrów chodu człowieka działa i generuje wysoce powtarzalne i dokładne wyniki. Układ z powodzeniem może być wykorzystany w rehabilitacji w celu badania postępów leczenia schorzeń układu ruchowego, a także może być pomocny w celu wykrywania nieprawidłowości chodu i postawienia początkowej diagnozy.
