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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0795-2827
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Rede de área corporal sem fio para rastreamento inercial 3D em tempo real para apoio à reabilitação pós acidente vascular encefálico
Alternate title (s): Wireless body area network for real-time 3D inertial tracking for post-stroke rehabilitation support
Author: Janini, Pedro de Paula
First Advisor: Soares, Alcimar Barbosa
First member of the Committee: Almeida, Marcelo Barros de
Second member of the Committee: Oliveira, Sérgio Ricardo de Jesus
Summary: O uso de sensores tem se tornado dado cada vez mais comum e importante em nossas vidas. Prova disso é a crescente popularização das Wireless Body Area Network (WBAN) para diversos usos como no rastreamento corporal. A captura de movimentos por si só possui diversos fins como: o uso em videogames, diagnósticos clínicos, reabilitação, treinamento de atletas, avaliação biomecânica, e demais aplicações. Em situações como a de um paciente pós Acidente Vascular Encefálico (AVE), com comprometimento total ou parcial de alguns movimentos, o uso de sensores inerciais vinculados a uma WBAN torna-se de grande valia para a análise dos movimentos corporais. Neste contexto, a captura de dados para o uso em análises biomecânica e cinemática dos movimentos pode ser útil durante a reabilitação desses pacientes. Mesmo existindo muitas opções de executar o rastreio dos movimentos do corpo humano, a descrição contínua e em tempo real de movimentos corporais ainda é um desafio. Para contornar essas limitações o objetivo desse projeto é propor um modelo de rede sem fio de sensores inerciais, que permita o sincronismo das informações advindas de diversos sensores. Essa rede tem o uso destinado principalmente ao rastreio dos movimentos dos membros superiores durante a reabilitação de pacientes pós AVE. O protótipo consiste em dois tipos principais de nós de rede chamados central e sensor. O nó central é o nó concentrador de dados, o qual garante o controle dos demais nós da rede. O nó sensor utiliza sensores inerciais (acelerômetro e giroscópio) e sensor magnético (magnetômetro) para capturar os movimentos. O protótipo de rede tem como intuito transmitir as informações de maneira confiável, sincronizada, em tempo real, com uma alta velocidade de taxa de dados. Para isso são utilizados também microprocessadores e rádios transceptores de rádio frequência. De modo a validar o modelo, foram realizados testes para avaliar a latência, confiabilidade e sincronismo da rede. Foi obtido como resultado a implementação de um modelo de hardware e software de uma rede de sensores inerciais capaz de rastrear de maneira síncrona e em tempo real os movimentos dos membros superiores. A rede de sensores foi configurada de modo a fazer aquisição de dados inerciais a uma taxa de 100Hz sendo que o valor de latência da rede resultou em apenas 7,4% do período desse valor. A confiabilidade dos dados e o sincronismo entre os nós também se mostraram adequados a aplicação após a análise visual dos resultados por meio de gráficos gerados em tempo real pela aplicação no computador.
Abstract: The use of sensors has become increasingly common and important in our lives. The various destinated uses of theWireless Body Area Network (WBAN) such as body tracking is a proof of that. Body motion Traking by itself has several purposes like video games, clinical diagnosis, rehabilitation, athlete’s training, biomechanical analysis, and others. The body motion tracking can be relevant in situations like post-stroke patients performing rehabilitation due to partial or total loss of body movements. In this case, a WBAN of inertial sensors can be used to perform body motion tracking. Then, the data provided by the sensors can be used in biomechanical and kinematic analysis of the movements executed by the patient. Even though there are many options to perform tracking of human body movements a continuous and real-time tracking of body movements is still a challenge. To overcome some of these limitations, the aim of this project is to propose an inertial sensors wireless network model, which allows the synchronism of a number of sensors. The main use of this network is tracking the movements of the upper limbs during the rehabilitation of post-stroke patients. The network prototype has two types of nodes called central and sensor. The central node is the data concentrator node that controls the other nodes in the network. The sensor node uses inertial sensors (accelerometer and gyroscope) and a magnetic sensor (magnetometer) to capture the movements. The network prototype has the purpose of transmitting information reliably, synchronized, in real-time, with a high data rate speed. For this, microprocessors and radiofrequency transceivers are also used. To validate the model, tests were performed to evaluate the network latency, reliability, and synchronism. The results show the implementation of a hardware and software model of an inertial sensor network capable of tracking the movements of the upper limbs in a synchronous and real-time way. The sensor network was configured in order to make inertial data acquisition at a rate of 100Hz. The network latency value resulted in only 7.4% of the data sampling period. After the visual analysis of the results through graphics generated in real-time by the application on the computer, the reliability of the data and the synchronism between the nodes were also adequate to the main purpose of the work.
Keywords: WBAN
Sensores inerciais
Tempo real
Rádio frequência
Inertial sensors
Real-time
Radio frequency
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: JANINI, Pedro de Paula. Rede de área corporal sem fio para rastreamento inercial 3D em tempo real para apoio à reabilitação pós acidente vascular encefálico. 2021. 69 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica e em Telecomunicações) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33785
Date of defense: 26-Nov-2021
Appears in Collections:TCC - Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações (Uberlândia)

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