عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت سیستم تعیین موقعیت سه بعدی اجسام بر پایه سنسورهای mems با کاربرد در کنترل ادوات بیومکانیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکاترونیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71078
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضا عباسی کسبی
- استاد راهنما
- علیرضا نیک فرجام
- چکیده
- با توجه به پیشرفت علم سیستم¬های میکروالکترومکانیکی، هر روز سنسورهای حرکتی شتاب¬سنج، ژیروسکوپ و قطب¬نما کوچکتر و دقتشان بیشتر می¬شود. از این رو، استفاده از آنها در کاربردهای مختلفی چون پزشکی، رباتیک و توان بخشی در حال افزایش است. در این پایان نامه هدف طراحی و ساخت یک سنسور بسیار کوچک و بی¬سیم تعیین زاویه و موقعیت سه بعدی، برای کاربردهای بیومکانیک و توانبخشی می¬باشد. برای این منظور، از چند گره سنسور برای گرفتن و ثبت حرکات و یک گره مرکزی برای دریافت اطلاعات از گره سنسورها و فرستادن آن به کامپیوتر شخصی استفاده می¬شود. هر گره سنسوری شامل یک شتاب¬سنج، ژیروسکوپ و قطب¬نمای سه بعدی، یک میکروکنترلر و یک فرستنده گیرنده که در باند ISM و با فرکانسGHz 2.4 کار میکند، می¬باشد. برای ارسال اطلاعات از سنسور به کامپیوتر و نمایش آن از روش بی¬سیم و پروتکل ShockBurstTMپیشرفته استفاده می¬شود. با کمک انحرافات کلی خطای شتاب¬سنج گرفته شده و بعد از آن با کمک یک فیلتر مکمل زوایای اویلر با دقت خوبی تخمین زده می¬شود. مقدار خطای مربعات میانگین زاویه پیچ و رول در حالت استاتیک کمتر از 0.8 و برای زاویه هدینگ کمتر از 1.5 درجه به دست می¬آید. این مقدار برای حالت دینامیکی برای دو زوایه رول و پیچ کمتر از 09. و برای زاویه هدینگ به کمتر از 1.6 درجه می¬رسد. به عنوان یک کاربرد بسیار نو و جدید ، نمودار ATP و ?NH?_4^+ با شباهت بسیار خوب برای سه حرکت تخمین زده می¬¬شود. با کمک این نمودارها، رفتار حرکتی هر فرد تعیین می¬شود و براساس آن بهترین روش برای انجام حرکت، به شخص معرفی می¬¬شود تا شخص کمترین خستگی و بیشترین کیفیت را برای انجام هر حرکت داشته باشد.
- Abstract
- Abstract: According to the progress of microelectromechanical systems, accelerometer, gyroscope and compass sensors is smaller and more accurate every day. Therefore, using the sensors in various applications such as medical, robotics and rehabilitation is growing. This thesis designing and fabricating a small wireless sensor to determine the three-dimensional angle and position for biomechanics and rehabilitation applications is proposed. A sensor node to capture and record the movements and a central node to receive data from the sensor node and sending it to a personal computer is used. Each sensor node consists of a three-dimensional accelerometer, gyroscope and compass, a microcontroller and a transceiver that operates ISM band and frequency 2.4 GHz. In order to transmit data between the sensor and center node, advanced ShockBurstTM protocol is proposed. Accelerometer error by total variation is reduced. Euler angles by a complementary filter with good accuracy is estimated. The root mean square error of the pitch, roll and heading angle in a static state less than 0.7, 0.6 and 1.5 degree obtained respectively. Also, the value in dynamic state for roll, pith and heading angles to 0.9, 0.8 and 1.6 degrees reduced. As a very innovative application in the world, ????4 + and ATP plots for three motions with very good is estimated. With the using these plots, the motion behavior of a person is determined and the best state for performing of the motions to minimize fatigue and increase quality is presented. Keywords: Motion Sensors, Complementary Filter, Motion Quality, Advanced ShockBurstTM, Rehabilitation
