Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ước lượng thông số bước đi dùng cảm biến quán tính đặt trên bàn chân

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn là nghiên cứu thiết bị ước lượng thông số bước đi, ứng dụng INA và bộ lọc Kalman mở rộng vào việc ước lượng thông số bước đi cho IMU đặt trên bàn chân, nhằm tạo ra ứng dụng tự động ước lượng thông số bước đi cho người dùng phục vụ cho việc đánh giá tình trạng sức khỏe của người dùng từ đó cung cấp các thông tin đáng tin cậy và khách quan về thông số bước đi của người dùng làm giảm sai số và nhầm lẫn trong phương pháp đo chủ quan.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ước lượng thông số bước đi dùng cảm biến quán tính đặt trên bàn chân ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THẾ KHÁNHƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ BƯỚC ĐI DÙNG CẢM BIẾN QUÁN TÍNH ĐẶT TRÊN BÀN CHÂN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 8520216 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng - Năm 2020 Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOANgười hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOÀN QUANG VINHPhản biện 1: TS. Nguyễn Hoàng MaiPhản biện 2: TS. Nguyễn Khánh QuangLuận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩchuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa họp tại TrườngĐại học Bách khoa vào ngày 18 tháng 01 năm 2020Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thông tin - Học liệu, Trường ĐHBK - Đại họcĐà Nẵng - Thư viện Khoa Điện - Trường ĐHBK - Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của đề tài Ở nước ta hiện nay, tình hình kinh tế và đời sống xã hội ngàycàng được cải thiện và phát triển. Do vậy nhu cầu chăm sóc sức khỏengày càng cao và cấp thiết. Điều này đặt ra yêu cầu phải cải thiện chấtlượng y tế trong đó có việc phát triển các sản phẩm phục vụ chăm sócsức khỏe. Việc nghiên cứu và đánh giá về tình trạng sức khỏe củangười bệnh thông qua các phương pháp chẩn đoán như: sử dụng cácxét nghiệm, chụp X - quang, Cộng hưởng từ, phân tích tín hiệu điệnnhư điện tim, điện não…ngày càng phổ biến và được chỉ định rộng rãi. Trong đó, chẩn đoán những loại bệnh thông qua bước đi và dáng đi cũng là một trong những yếu tố đánh giá về tình trạng sức khỏe của con người, vì những thay đổi trong thông số bước đi tiết lộ thông tin quan trọng về chất lượng cuộc sống của con người. Điều này đặc biệt hữu ích khi tìm kiếm thông tin đáng tin cậy về sự phát triển của các bệnh khác nhau: các bệnh thần kinh như bệnh đa xơ cứng hoặc bệnh Parkinson; các bệnh toàn thân như bệnh tim mạch (trong đó dáng đi có ảnh hưởng rất rõ ràng). Phần lớn những bệnh nhân sẽ có sự thay đổi trong cách đi do di chứng từ đột quỵ và bệnh gây ra bởi lão hóa. Vì vậy, với kiến thức đáng tin cậy và chính xác về đặc điểm thông số bước đi tại một thời điểm nhất định hoặc khi theo dõi và đánh giá chúng theo thời gian, sẽ cho phép chẩn đoán sớm các loại bệnh và biến chứng của chúng, từ đó giúp tìm ra cách khuyến cáo và hướng điều trị tốt nhất. Trên thế giới hiện nay có nhiều bài kiểm tra để đánh giá cácthông số bước đi (ví dụ: 4-meters walk test [1], 50-foot walk test [2],30-seconds chair stand test [2] và the timed up and go [3]). Trong đó,các thông số bước đi bao gồm độ dài bước, tốc độ bước, thời gian bướchoặc thời gian hoàn thành một bài kiểm tra… được sử dụng để đưa racác khuyến cáo cho bệnh nhân như khả năng bị té ngã đối với người bịrối loạn tiền đình, khả năng bị té ngã đối với người già [3]. Trên cơ sở các bài kiểm tra đó, chúng ta có thể hiệu chỉnh lại cho phù hợp với điều kiện thể trạng người Việt Nam. Hơn nữa, chúng ta có thể xây dựng lại các bài kiểm tra đối với những người sử dụng gậy hoặc walker để hỗ trợ đi lại. 2 Để có thể tính toán và đáp ứng được các yêu cầu trong việc thựchiện các bài kiểm tra để đánh giá thông số bước đi hạn chế được sựnhầm lẫn do sự chủ quan gây ra từ quá trình quan sát bằng mắt của Bácsỹ. Chúng ta cần hướng đến việc chế tạo thiết bị để xác định ước lượngđược các thông số bước đi cho người dùng để tạo kênh thông tin kháchquan, chính xác hơn hỗ trợ Bác sĩ trong quá trình đánh giá tình trạngsức khỏe của người dùng. Xuất phát từ thực tiễn đó, để có thể thực hiện việc ước lượngtính toán một cách chính xác các thông số bước đi như: độ dài bước,tốc độ bước, thời gian bước chúng ta cần phải sử dụng các thiết bị đểthu thập thông tin và tính toán dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả. Ở đềtài này, tôi nghiên cứu sử dụng cảm biến quán tính IMU (InertialMeasurement Units) để thực hiện quá trình thu thập thông tin của bướcđi. Từ thông tin của gia tốc và vận tốc góc chúng ta có thể ước lượngquỹ đạo chuyển động của bàn chân bằng cách sử dụng thuật toán địnhvị quán tính kết hợp với bộ lọc Kalman để ước lượng tín hiệu vào từcảm biến đưa ra các thông tin cần thiết và làm giảm nhiễu hiệu quả. Việc ước lượng quỹ đạo chuyển động của cảm biến quán tínhđược thực hiện bằng thuật toán định vị quán tính INA (InertialNavigation Algorithm) bằng cách tích phân các tín hiệu được cung cấptừ cảm biến. Với việc tích phân 2 lớp của gia tốc tịnh tiến cho ta quãngđường di chuyển và tích phân của vận tốc góc quay cho ta hướng dichuyển. Từ thông tin về quãng đường và hướng di chuyển, ta có thểước lượng được quỹ đạo di chuyển của h ...