Osobisty system monitorowania mechaniki ruchów oraz rozkładu obciążenia

• Autorzy: Różanowski K. , Lewandowski J. , Placha M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2015.3.19

Warianty tytułu

EN

Personal monitoring system of foot pressure distribution and mechanics of human movement

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano projekt osobistego systemu do monitorowania mechaniki ruchów oraz rozkładu nacisku podeszwowej części stopy. Układ pozwala na rejestrację danych w warunkach rzeczywistych w czasie dynamicznych obciążeń, podczas chodu i biegu. W skład systemu wchodzi układ akwizycji oraz elastyczna wkładka sensoryczna. Głównymi elementami Układu akwizycji są mikrokontroler z rdzeniem ARM Cortex M4 oraz zintegrowany układ akcelerometru i żyroskopu LSM330DLC. Wkładka naciskowa zapewnia pomiar nacisku w pięciu charakterystycznych punktach stopy przy pomocy elastycznych czujników FSR. System posiada możliwość komunikacji z wykorzystaniem interfejsu Bluetooth oraz CAN. Pomiary monitorowanych wartości mogą odbywać się z częstotliwością próbkowania o wartości do 100 Hz. System zapewnia zapis danych na kartę pamięci oraz bateryjne podtrzymanie pracy. Zaprojektowane rozwiązanie charakteryzuje się niskimi kosztami i łatwością implementacji. Dzięki zastosowaniu dwóch typów czujników: nacisku oraz czujników inercjalnych urządzenie łączy w sobie szereg możliwości pozwalając m.in. na detekcję faz chodu, orientacji stopy w przestrzeni, detekcji momentu kontaktu stopy z podłożem. System może stanowić wsparcie dla nawigacji inercyjnej oraz pozwala ocenić obciążenia podczas wysiłku fizycznego.

EN

This article presents the design of personal monitoring system of foot pressure distribution and mechanics of human movement. System allows for recording data in real conditions during dynamic loads, both during walking and running. System includes acquisition unit and a flexible insole sensor. The main elements of the acquisition unit are microcontroller with ARM Cortex M4 core and an integrated accelerometer and gyroscope LSM330DLC. Flexible electronic insole provides a measure of the pressure at five characteristic points using flexible FSR sensors. The system communicate with Bluetooth and CAN bus. Measured values can be monitored with a sampling rate of up to 100Hz. System provides data storage on a memory card and battery back-up. Designed solution is characterized by low cost and ease of implementation. By using two types of sensors: pressure and inertial sensor, device combines a number of possibilities allowing to detect the phases of gait, foot orientation in space, detection of foot contact with the ground. System can provide support for inertial navigation and allows to evaluate the load during exercises.

Słowa kluczowe

PL

analiza chodu; pomiar nacisku stopy; system rejestracji; sensoryka; orientacja w przestrzeni

EN

gait analysis; pressure measurement; registration system; sensor; orientation in space

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 56, nr 3
• Strony: 70--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Różanowski K.

• Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej w Warszawie

autor

Lewandowski J.

• Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej w Warszawie

autor

Placha M.

• Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej w Warszawie

Bibliografia

• [1] Aplikacje Systemów Wbudowanych. Nawigacja inercyjna, Gdańsk, 2013.
• [2] Buty do biegania- pronacja - supinacja, 2012, http://runsport.pl/.
• [3] Carse B., Meadows B., Bowers R., Rowe P., Affordable clinical gait analysis: an assessment of the marker tracking accuracy of a new low-cost optical 3D motion analysis system, Physiotherapy 2013, 99(4): 347-51, (ISSN: 1873-1465).
• [4] Foot Drop System, http://www.stopaopadajaca.pl//.
• [5] Gouwanda D., Senanayake NA., Wireless gyroscope suit for gait stability estimation, Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2011, 2011:7824-8, (ISSN: 1557-170X).
• [6] Hassan EA., Jenkyn TR., Dunning CE., Direct comparison of kinematic data collected using an electromagnetic tracking system versus a digital optical system, J Biomech, 2007, 40(4):930-5, (ISSN: 0021-9290).
• [7] INTERLINK, Force sensing Resistor. Integration Guide and Evaluation Parts catalog - Electronics.
• [8] Madgwick S., An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays, 2010, http://www.x-io.co.uk/opensource-imu-and-ahrs-algorithms/.
• [9] Mariani B., Hoskovec C., Rochat S., Bula C., Penders J., Aminian K., 3D gait assessment in young and elderly subjects using foot-worn inertial sensors, J Biomech, 2010, 43(15):2999-3006, (ISSN: 1873-2380).
• [10] Martinez-Solis F., Claudio-Sanchez A., Rodriguez-Lelis JM., Vergara-Limon S., Olivares-Peregrino V., Vargas-Trevino M., A portable system with sample rate of 250Hz for characterization of knee and hip angles in the sagittal plane during gait, Biomed Eng Online, 2014, 13(1):34, (ISSN: 1475-925X).
• [11] Ogrodzka K., Niedzwiedzki T., Analysis of kinematic parameters of normal-paced gait in subject after posterior cruciate retention and substitution total knee replacement-leading article, Chir Narzadow Ruchu Ortop Pol, 2009, 74(4):233-7.
• [12] Różanowski K., Sondej T., Lewandowski J., Łuszczyk M., Szczepaniak Z., Multisensor system for monitoring human psychophysiologic state in extreme conditions with the use of microwave sensor, Elektronika 7/2012, s. 8288.
• [13] Szczepek E., Czerwosz L., Dabrowski P., Dudzinski K., Jurkiewicz J., Czernicki Z., Posturography and computerized gait analysis in the Computer Dyno Graphy system as non-invasive methods for evaluation of normal pressure hydrocephalus progression, Neurol Neurochir Pol, 2008, 42(2):139-52, (ISSN: 0028-3843).
• [14] Watanabe T., Saito H., Koike E., Nitta K., A preliminary test of measurement of joint angles and stride length with wireless inertial sensors for wearable gait evaluation system, A preliminary test of measurement of joint angles and stride length with wireless inertial sensors for wearable gait evaluation system, Comput Intell Neurosci, 2011, 2011:975193, (ISSN: 1687-5273).
• [15] Wiewióra M., Winiarski T., Badanie interakcji człowieka z otwieranymi drzwiami, PW, 2013/2014.
• [16] Żak E., Fazy chodu i aktywność mięśniowa, www.pandm.org.