Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation

This thesis is devoted to the presentation of a Wireless Sensor Network implementation for upper limb rehabilitation that aims, mainly, to function as a complementary system for patient’s progress supervision and rehabilitation session exercises tuning by the physiotherapist. A cost effective, custo...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Τσιλομήτρου, Ουρανία
Άλλοι συγγραφείς: Δερματάς, Ευάγγελος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/12949
id nemertes-10889-12949
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Upper limb rehabilitation
Upper limb physiotherapy
Wireless sensor networks
Upper limb modeling
Αποκατάσταση άνω άκρου
Φυσικοθεραπεία άνω άκρου
Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων
Μοντελοποίηση άνω άκρου
617.580 59
spellingShingle Upper limb rehabilitation
Upper limb physiotherapy
Wireless sensor networks
Upper limb modeling
Αποκατάσταση άνω άκρου
Φυσικοθεραπεία άνω άκρου
Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων
Μοντελοποίηση άνω άκρου
617.580 59
Τσιλομήτρου, Ουρανία
Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
description This thesis is devoted to the presentation of a Wireless Sensor Network implementation for upper limb rehabilitation that aims, mainly, to function as a complementary system for patient’s progress supervision and rehabilitation session exercises tuning by the physiotherapist. A cost effective, custom made, motion capture sensor node composed by a 9DoF IMU, is presented. This node can be mounted on upper limb segments (upper arm, forearm, hand), and send wirelessly the corresponding measured data to a base station for process. This concludes to the calculation of each sensor node orientation in terms of its local coordinate frame. In the sequel, using a biomechanical model for the upper limb that resembles that of a kinematic model of a robotic arm based on Denavit-Hartenberg configuration, each joint angles and the position and orientation of the individual segments can be determined in 3D space. This is accomplished with a set of deterministic mathematical expressions, which combine the orientations of the sensor nodes and the upper limb model joint angles. Experimental results for some main upper limb motions are presented, in order to evaluate the effectiveness of the methods used. At last, an android application that serves in the real-time communication with the sensor nodes and recording of the measured data is presented, followed by a description and discussion over the results of this thesis, while ongoing work is noted and overall recommendations are given for future research.
author2 Δερματάς, Ευάγγελος
author_facet Δερματάς, Ευάγγελος
Τσιλομήτρου, Ουρανία
format Thesis
author Τσιλομήτρου, Ουρανία
author_sort Τσιλομήτρου, Ουρανία
title Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
title_short Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
title_full Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
title_fullStr Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
title_full_unstemmed Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
title_sort wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/12949
work_keys_str_mv AT tsilomētrouourania wirelesssensornetworksapplicationonupperlimbrehabilitation
AT tsilomētrouourania epharmogēasyrmatoudiktyouaisthētērōnstēnapokatastasēanōakrou
_version_ 1771297221888704512
spelling nemertes-10889-129492022-09-05T14:06:13Z Wireless sensor networks application on upper limb rehabilitation Εφαρμογή ασύρματου δικτύου αισθητήρων στην αποκατάσταση άνω άκρου Τσιλομήτρου, Ουρανία Δερματάς, Ευάγγελος Δερματάς, Ευάγγελος Αντωνακόπουλος, Θεόδωρος Μουστάκας, Κωνσταντίνος Tsilomitrou, Ourania Upper limb rehabilitation Upper limb physiotherapy Wireless sensor networks Upper limb modeling Αποκατάσταση άνω άκρου Φυσικοθεραπεία άνω άκρου Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Μοντελοποίηση άνω άκρου 617.580 59 This thesis is devoted to the presentation of a Wireless Sensor Network implementation for upper limb rehabilitation that aims, mainly, to function as a complementary system for patient’s progress supervision and rehabilitation session exercises tuning by the physiotherapist. A cost effective, custom made, motion capture sensor node composed by a 9DoF IMU, is presented. This node can be mounted on upper limb segments (upper arm, forearm, hand), and send wirelessly the corresponding measured data to a base station for process. This concludes to the calculation of each sensor node orientation in terms of its local coordinate frame. In the sequel, using a biomechanical model for the upper limb that resembles that of a kinematic model of a robotic arm based on Denavit-Hartenberg configuration, each joint angles and the position and orientation of the individual segments can be determined in 3D space. This is accomplished with a set of deterministic mathematical expressions, which combine the orientations of the sensor nodes and the upper limb model joint angles. Experimental results for some main upper limb motions are presented, in order to evaluate the effectiveness of the methods used. At last, an android application that serves in the real-time communication with the sensor nodes and recording of the measured data is presented, followed by a description and discussion over the results of this thesis, while ongoing work is noted and overall recommendations are given for future research. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά μία υλοποίηση βασισμένη σε ασύρματο δίκτυο αισθητήρων και με εφαρμογή κατά τη διαδικασία αποκατάστασης/αποθεραπείας άνω άκρου. Αποσκοπεί, κυρίως, στη χρήση ως ένα επικουρικό σύστημα για την επίβλεψη και παρακολούθηση της προόδου του ασθενούς και κατ’ επέκταση την προσαρμογή του προγράμματος των ασκήσεων κατά τις συνεδρίες από το φυσικοθεραπευτή. Αρχικά, παρουσιάζεται ένας χαμηλού κόστους αισθητήριος κόμβος εξοπλισμένος με αδρανειακή μονάδα μέτρησης 9 βαθμών ελευθερίας για καταγραφή κινηματικών δεδομένων. Ένας τέτοιος κόμβος δύναται να τοποθετηθεί στα τμήματα του άνω άκρου (βραχίονας, πήχης, χέρι) και να στέλνει ασύρματα τα αντίστοιχα μετρούμενα δεδομένα σε σταθμό βάσης για περαιτέρω επεξεργασία. Προκύπτει, λοιπόν, ο προσανατολισμός του κάθε κόμβου. Ουσιαστικά, ο προσανατολισμός του αντίστοιχου τμήματος του άνω άκρου στο οποίο ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος. Στη συνέχεια, εισάγοντας ένα μοντέλο άνω άκρου που ομοιάζει με αυτό ενός κινηματικού μοντέλου ρομποτικού βραχίονα και παραμετροποιώντας το με βάση τη Denavit-Hartenberg διαμόρφωση, οι γωνίες περιστροφής της κάθε άρθρωσης και η θέση και ο προσανατολισμός του κάθε επιμέρους τμήματος μπορούν να εξαχθούν στο τρισδιάστατο επίπεδο. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός συνόλου ντετερμινιστικών μαθηματικών εκφράσεων που συνδυάζουν τους εξαχθέντες προσανατολισμούς των αισθητήριων κόμβων με τις γωνίες περιστροφής των βαθμών ελευθερίας του μοντέλου. Η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε, αξιολογείται με την παρουσίαση πειραματικών αποτελεσμάτων για βασικές κινήσεις του άνω άκρου. Τέλος, παρουσιάζεται η υλοποίηση android εφαρμογής που εξυπηρετεί την επικοινωνία της συσκευής που διαθέτει λειτουργικό σύστημα android με τους αισθητήριους κόμβους σε πραγματικό χρόνο, καθώς και την καταγραφή των μετρούμενων από την αδρανειακή μονάδα μέτρησης δεδομένων. Στο τελευταίο τμήμα της διπλωματικής, καταγράφονται συνοπτικά τα συμπεράσματα ακολουθούμενα από μία συζήτηση σχετικά με τα αποτελέσματα, την παρούσα κατάσταση και εξέλιξη στην υλοποίηση της εφαρμογής, καθώς και κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα. 2020-01-14T16:52:28Z 2020-01-14T16:52:28Z 2019-07-01 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12949 en 6 application/pdf