Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm dựa trên á số đo ủa ơ thể

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TRUNG KIÊN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ TRỌNG TÂM DỰA TRÊN CÁC SỐ ĐO CỦA CƠ THỂ LUẬN VĂN THẠC SĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH Hà Nội – Năm 2019 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131747831000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TRUNG KIÊN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ TRỌNG TÂM DỰA TRÊN CÁC SỐ ĐO CỦA CƠ THỂ Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh LUẬN VĂN THẠC SĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG PHƯƠNG CHI Hà Nội – Năm 2019 MỤC LỤC DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHƯƠNG XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 11 1.3 Hệ thống thực tế 11 1.4 Hệ Thống đề xuất 13 1.5 Kết luận chương 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16 2.1 Ý tưởng 16 2.2 Thiết kế hệ khí 17 2.2.1 Tấm mặt mica gỗ 18 2.2.2 Thiết kế khung inox 20 2.3 Thiết kế hệ thống thu nhận xử lý liệu 23 2.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 23 2.3.2 Cảm biến khối lượng - Loadcell 24 2.3.3 Bộ ADC HX711 27 2.3.4 Bộ vi xử lý Arduino 28 2.3.5 Kết nối hệ thống 30 2.4 Kết luận chương 32 CHƯƠNG HIỆU CHỈNH VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ HỆ THỐNG 33 3.1 Calib loadcell 33 3.1.1 Khối lượng nhỏ 33 3.1.2 Khối lượng lớn 34 3.1.3 Kết calib loadcell 34 3.2 Calib hệ thống 37 3.2.1 Calib hệ thống với vật nặng 38 3.2.1.1 Dụng cụ calib 38 3.2.1.2 Các bước tiến hành 38 3.2.1.3 Kết thực nghiệm 39 3.2.2 Calib hệ thống người 40 3.2.2.1 Dụng cụ calib 40 3.2.2.2 Các bước tiến hành 41 3.2.2.3 Kết thực nghiệm 41 3.3 Kết luận chương 43 CHƯƠNG THU THẬP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 44 4.1 Thu thập số liệu 44 4.1.1 Yêu cầu thu thập số liệu 44 4.1.2 Các bước tiến hành thu thập số liệu 47 4.1.3 Kết thu thập 47 4.2 Xử lý số liệu 47 4.2.1 Phương pháp Linear regression 47 4.2.1.1 Khái niệm 47 4.2.1.2 Cách xây dựng đánh giá mơ hình phương pháp Linear regression 49 4.2.2 Các model đề xuất đánh giá mơ hình 54 4.2.2.1 Mơ hình đánh giá trọng tâm thông qua chiều cao 55 4.2.2.2 Mơ hình đánh giá trọng tâm thơng qua chiều cao cân nặng 58 4.2.2.3 Mơ hình đánh giá trọng tâm thông qua chiều cao, cân nặng số đo ba vòng thể 61 4.3 Kết luận chương 65 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Ý nghĩa Đơn vị anh XCG Khoảng cách từ cm chân đến trọng tâm thể CoG Center of Gravity Trọng tâm thể CoM Center of Mass Trọng tâm thể Lần lượt lực tác kg F1, F2, F3, F4 dụng lên loadcell 1, 2, 3, l Chiều dài khung cm inox h hight Chiều cao cm w weight Cân nặng kg V1, V2, V Số đo ba vòng cm thể là: vòng 1, vòng 2, vòng loadcell Cảm biến khối lượng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Mơ hình xác định trọng tâm đề xuất 14 Hình Quy tắc hợp lực song song chiều 14 Hình Mơ hình xây dựng tính tốn trọng tâm 17 Hình 2 Hình ảnh minh họa mica 18 Hình Mặt gỗ dùng để thiết kế cân nằm 20 Hình Thiết kế khung inox nhìn từ cạnh bên 21 Hình Hình ảnh mơ mặt bên gắn mặt gỗ 21 Hình Hình ảnh khung inox sau hồn thành 22 Hình Hình ảnh cân nằm sau hồn thành 23 Hình Mơ hình quan hệ 23 Hình Mơ tả hoạt động Loadcell 25 Hình 10 Cảm biến khối lượng loadcell 26 Hình 11 Mạch cầu cân Wheatstone 26 Hình 12 Bộ ADC 24 bit HX711 28 Hình 13 Arduino UNO R3 29 Hình 14 Mơ hình kết nối Loadcell HX711 31 Hình 15 Mơ hình kết nối HX711 Arduino 31 Hình 16 Đóng hộp hệ thống thu nhận xử lý liệu 32 Hình Hệ thống calib khối lượng nhỏ 33 Hình Hệ thống calib khối lượng lớn 34 Hình 3 Đồ thị giá trị calib loadcell 36 Hình Đồ thị giá trị calib loadcell 36 Hình Đồ thị giá trị calib loadcell 36 Hình Đồ thị giá trị calib loadcell 37 Hình Dụng cụ calib vật nặng tiếp điểm nhỏ 38 Hình Hình ảnh dụng cụ, cách thức calib 40 Hình Dụng cụ đo chiều cao 44 Hình Cân học dùng để đo cân nặng 45 Hình Thước dây đo quần áo 45 Hình 4 Quy ước đo số đo ba vòng 46 Hình Quy ước vị trí nằm thiết bị xác định trọng tâm 46 Hình Mô linear regression 50 Hình Xác định giao điểm hai giá trị trung bình X Y 50 Hình Tham số R2 hiệu chỉnh 53 Hình Tham số Standard Error of the Estimate 54 Hình 10 Biểu đồ sai số tính tốn mơ hình thực tế 56 Hình 11 Biểu đồ Histogram trọng tâm – chiều cao 57 Hình 12 Biểu đồ Scatter Plot 58 Hình 13 Biểu đồ tính tốn mơ hình thực tế 59 Hình 14 Biểu đồ Histogram trọng tâm – chiều cao – cân nặng 60 Hình 15 Biểu đồ Scatter Plot 61 Hình 16 Biểu đồ tính tốn mơ hình thực tế 63 Hình 17 Biểu đồ Histogram trọng tâm – chiều cao – cân nặng – số đo vịng 64 Hình 18 Biểu đồ Scatter Plot 64 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Bảng phân đoạn thể từ Zatsommeky et al năm 1990 [1] 12 Bảng Bảng so sánh loại mica 19 Bảng 1Bảng kết calib cho bốn loadcell 34 Bảng Bảng giá trị calib bốn loadcell 37 Bảng 3 Bảng kết thực nghiệm calib vật nặng 39 Bảng Bảng kết thực nghiệm calib người 42 Bảng Bảng xây dựng mô hình linear regression biến phụ thuộc 49 Bảng Bảng xây dựng mơ hình linear regression biến phụ thuộc 51 Bảng Bảng tính tốn giá trị tham số R2 53 Bảng 4 Bảng tính tốn giá trị Standard Error of the Estimate 54 Bảng Bảng tóm lược model trọng tâm- chiều cao 55 Bảng Bảng hệ số phụ thuộc trọng tâm- chiều cao 55 Bảng Bảng tóm lược model trọng tâm- chiều cao- cân nặng 58 Bảng Bảng hệ số phụ thuộc trọng tâm- chiều cao- cân nặng 59 Bảng Bảng tóm lược model chiều cao- cân nặng- vòng1- vòng2- vòng3 62 Bảng 10 Bảng hệ số phụ thuộc trọng tâm - chiều cao - cân nặng - số đo vòng 62 Bảng 11 Bảng so sánh mơ hình đề xuất 65 LỜI NÓI ĐẦU Từ xưa đến nay, nhân loại khơng ngừng học hỏi, tìm tòi nghiên cứu để tạo sản phẩm nhằm phục vụ nhu cầu ngày cao người Với nhiều đề tài hướng nghiên cứu khác tất lĩnh vực sống giúp sống người ngày đại tiện nghi Cùng với đó, lĩnh vực y tế trọng nghiên cứu tiêu biểu máy mổ nội soi đại làm cho vết mổ nhỏ nhanh hổi phục vùng thể Đồng thời với phương pháp mổ nội soi não cứu giúp nhiều bệnh nhân bị bệnh vùng não mà phương thức mổ truyền thống vết mổ lớn, khó tiếp cận đến vùng bị bệnh não đặc biệt có sai sót dù nhỏ ảnh hưởng đến sống, tính mạng bệnh nhân Hay loại robot có kích thước siêu nhỏ dùng để điều trị mức tế bào Một số đó, nghiên cứu trọng tâm thể lĩnh vực quan trọng, mang lại nhiều lợi ích lĩnh vực như: thể thao, sinh trắc học, y tế, điều trị phục hồi chức Vì em lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ TRỌNG TÂM DỰA TRÊN CÁC SỐ ĐO CỦA CƠ THỂ” Đây đề tài nên chưa có nhiều nghiên cứu thực đề xuất Việt Nam Trong thời gian làm đề tài tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp bảo nhiệt tình từ thầy cô, ban lãnh đạo đồng nghiệp nơi làm việc, gia đình bạn bè Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện Điện Tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy nhiệt tình truyền đạt cho em kiến thức quý báu để thực đề tài Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Hoàng Phương Chi TS Trần Anh Vũ định hướng, giúp đỡ dẫn cho em nhiều nhiệt tình với góp ý, gợi mở, giúp em hiểu cách sâu sắc rõ ràng vướng mắc thời gian thực đề tài Ngồi ra, q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy Em xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Với mục đích tạo mơ hình xác định trọng tâm thể cách đơn giản nhanh chóng đề tài “Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm dựa số đo thể” đề xuất thực Sau trình thực hiện, đề tài đưa công thức xác định trọng tâm thể sử dụng thuật tốn hồi quy tuyến tính (linear regression) Đề tài gồm chương: Chương 1: Xác định vấn đề Chương 2: Thiết kế hệ thống Chương 3: Hiệu chỉnh đánh giá sai số hệ thống Chương 4: Thu thập xử lý liệu ABSTRACT With purpose is detect the center of mass by easy way and faster My project is: “A design on center of body mass evaluation system based on body's parameters” After execution, we found a formula to determine center of mass using linear regression The project consist of four chapters: Chapter 1: Determine problem Chapter 2: Design system Chapter 3: Calib and evaluate error Chapter 4: Collect and process data