Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Cải tiến hệ thống định vị quán tính nhằm nâng cao độ chính xác ước lượng thông số bước đi trong chăm sóc sức khỏe

Nghiên cứu xây dựng một số hệ thống có thể tự động ước lượng thông số bước đi của người dùng nhằm phục vụ các bài kiểm tra thông số bước đi, tạo kênh thông tin khách quan và chính xác nhằm hỗ trợ bác sĩ trong quá trình chẩn đoán bệnh tật, tình trạng sức khoẻ của người dùng, đưa ra lời khuyên về lộ trình trong điều trị, theo dõi tiến trình phục hồi chức năng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Cải tiến hệ thống định vị quán tính nhằm nâng cao độ chính xác ước lượng thông số bước đi trong chăm sóc sức khỏe ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM DUY DƯỞNG CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHỎE LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM DUY DƯỞNG CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHỎE Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoá học: Hướng dẫn 1: PGS.TS Đoàn Quang Vinh Hướng dẫn 2: TS. Nguyễn Anh Duy Đà Nẵng, 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả là khoa học, trung thực và chưa từng công bố trước đây. Luận án được thực hiện dưới sự giúp đỡ của hai hướng dẫn khoa học và được sự tạo điều kiện thuận lợi của Khoa Điện, Trường ĐH Bách Khoa – ĐHĐN và Khoa Điện, Trường Đại học Ulsan, Hàn Quốc. Tác giả luận án MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................... 1 DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ 6 CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................................... 7 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 8 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................8 2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................11 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................11 4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................11 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...........................................................................12 6. Những đóng góp mới của luận án ......................................................................13 7. Bố cục chung của luận án ..................................................................................14 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VIỆC ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHOẺ ........................................................ 16 1.1 Một số khái niệm về thông số bước đi ................................................................16 1.2 Tầm quan trọng và ứng dụng của thông số bước đi ............................................18 1.3 Tiềm năng ứng dụng cảm biến IMU trong y tế...................................................23 1.3.1 Giới thiệu ....................................................................................................23 1.3.2 Ưu thế của IMU trong y tế .........................................................................25 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu việc ứng dụng cảm biến IMU trong ước lượng thông số bước đi ........................................................................................................26 1.4.1 Mô hình trừu tượng ....................................................................................27 1.4.2 Mô hình dáng đi .........................................................................................28 1.4.3 Tích phân trực tiếp .....................................................................................30 1.4.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu ước lượng thông số bước đi sử dụng IMU đặt trên bàn chân ....................................................................................................33 1.4.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu ước lượng thông số bước đi sử dụng IMU đặt trên khung tập đi ..............................................................................................35 1.4.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ..............................................37 1.5 Kết luận chương ..................................................................................................38 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH ....................................................................................................... 39 2.1 Cảm biến quán tính .............................................................................................39 2.1.1 Giới thiệu cảm biến ....................................................................................39 2.1.2 Cảm biến IMU ............................................................................................39 2.1.3 Cảm biến gia tốc .........................................................................................41 2.1.4 Cảm biến vận tốc góc .................................................................................42 2.1.5 Cảm biến IMU MTi-1 và MTi-100 của hãng Xsens ..................................44 2.2 Triển khai hệ thống định vị quán tính .................................................................47 2.2.1 Hệ thống định vị INS..................................................................................47 2.2.2 Triển khai thuật toán của hệ thống SINS ...................................................48 2.3 Triển khai bộ lọc K ...