Ứng dụng bộ lọc Kalman định vị quán tính để ước lượng thông số bước đi cho người dùng walker

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM KHẮC TRUNG ỨNG DỤNG BỘ LỌC KALMAN ĐỊNH VỊ QN TÍNH ĐỂ ƯỚC LƯỢNG THƠNG SỐ BƯỚC ĐI CHO NGƯỜI DÙNG WALKER Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 8520216 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Đà Nẵng – Năm 2018 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học : PGS TS ĐOÀN QUANG VINH Phản biện 1: PGS.TS Lê Tiến Dũng Phản biện 2: TS Hà Xuân Vinh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa họp Đại Học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 12 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn : - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu, Đại Học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ước tính giới có hàng chục triệu người sử dụng thiết bị hỗ trợ di chuyển bao gồm: nạn, walker, gậy Với gia tăng độ tuổi bệnh mãn tính, tàn tật thúc đẩy đời thiết bị hỗ trợ Ngày việc áp dụng kỹ thuật công nghệ vào đời sống người nghiên cứu thực nhiều Cùng với già hóa dân số nhu cầu thiết bị hỗ trợ người lớn tuổi tăng cao nhằm đáp ứng nhu cầu sống giảm tải thời gian chăm sóc người cao tuổi Vì vậy, dự đốn tương lai gần việc nghiên cứu thiết bị hỗ trợ người lĩnh vực nghiên cứu đáng ý Cảm biến qn tính cảm biến gia tốc góc quay, sử dụng thiết bị quân sự, giải trí, thể thao, y tế, … với chức ước lượng thông số chuyển động thiết bị phục vụ cho việc định vị điều khiển chuyển động góp phần quan trọng cho việc phân tích chuyển động đối tượng cần nghiên cứu Với việc ước lượng thơng số (quỹ đạo, vận tốc, góc nghiên,…) chuyển động, cảm biến qn tính sử dụng để định vị cho người phương tiện, dẫn đường cho tên lửa, phân tích dáng người chăm sóc sức khỏe mô chuyển động thể thao, phim ảnh,… Một cảm biến quán tính thường gồm cảm biến gia tốc (đo giá trị gia tốc tịnh tiến theo trục) cảm biến vận tốc góc quay (đo giá trị vận tốc góc quay theo trục) Việc ước lượng chuyển động cảm biến quán tính thực cách tích phân tín hiệu từ cảm biến Với việc tích phân lớp gia tốc tịnh tiến cho ta quãng đường di chuyển tích phân vận tốc góc quay cho ta hướng di chuyển Từ thông tin quãng đường hướng di chuyển, ta ước lượng quỹ đạo di chuyển hệ thống Đó nguyên lý thuật toán định vị quán tính Ngày nay, cấu trúc nhỏ, gọn, giá thành tương đối thấp, cảm biến quán tính sử dụng thiết bị dân điện thoại di động, thiết bị đo lường y tế, thiết bị đo lường, phân tích thể thao,… nơi mà hệ thống giám sát chuyển động truyền thống hệ thống camera GPS thường đắt bị hạn chế không gian làm việc Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng cảm biến quán tính vào kỹ thuật đời sống ngày trở nên phổ biến cần thiết Trong đó, luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng cảm biến qn tính thuật tốn định vị qn tính để xác định thông số bước người dùng Luận văn hướng đến việc ứng dụng cảm biến quán tính vào thiết bị hỗ trợ lại nhằm thực kiểm tra để đánh giá thông số bước cho bệnh nhân Với thông số này, bác sĩ chuẩn đốn tình trạng sức khỏe tiến trình hồi phục chức bệnh nhân Ngồi ra, bệnh nhân thực kiểm tra nhà thông qua việc sử dụng hệ thống đề xuất theo dẫn từ trước Với lý trên, định thực đề tài: “Ứng dụng lọc Kalman định vị qn tính để ước lượng thơng số bước cho người dùng walker” để nghiên cứu sâu thuật tốn định vị qn tính, lọc kalman ứng dụng chúng vào đánh giá thông số bước người dùng Từ đó, hướng đến việc theo dõi, đánh giá người sử dụng walker Tổng quan hệ thống Hệ thống đề xuất thể Hình bao gồm 01 cảm biến qn tính (Mti-1, cơng ty Xsens) 02 encoder (loại 1024 xung/vòng) gắn vào walker Trong cảm biến qn tính gắn vị trí khung walker encoder gắn vào đo độ dịch chuyển bánh walker Cảm biến quán tính bao gồm cảm biến gia tốc cảm biến vận tốc góc theo trục với tần số lấy mẫu 100 Hz Một mạch thiết kế để thu thập đồng liệu cảm biến quán tính encoder Trong đó, Arduino Uno R3 sử dụng để đọc liệu từ cảm biến lưu liệu vào thẻ nhớ Micro SD Hệ thống sử dụng hệ trục tọa độ gắn liền với cảm biến quán tính (ICS – IMU Coordinate System), hệ trục tọa độ gắn liền với walker (BCS – Body Coordinate System) hệ trục tọa độ toàn cầu (WCS – World Coordinate System) (xem Hình 2) Trong ICS gắn liền với hệ trục tọa độ vật lý cảm biến quán tính Gốc tọa độ BCS trung điểm đoạn thẳng nối điểm tiếp xúc bánh walker với mặt đất Phương BCS trùng với hướng thẳng tới trước walker phương BCS nằm đường nối điểm tiếp xúc bánh với mặt đất có phương hướng từ bánh phải sang bánh trái Phương BCS hướng thẳng lên walker đẩy mặt đất WCS chọn cho phương hướng lên trùng với phương gia tốc trọng trường phương chọn ngẫu nhiên cho trục tọa độ vng góc với Trên thực tế, để đơn giản tính tốn, WCS chọn trùng với BCS vị trí ban đầu q trình chuyển động Việc xác định mối quan hệ cảm biến quán tính walker (gồm vector tịnh tiến ma trận quay từ ICS sang BCS) Hình 1: Tổng quan hệ thống đề xuất Hình 2: Các hệ trục tọa độ sử dụng Mục tiêu nhiệm vụ luận văn Mục tiêu luận văn ứng dụng thuật tốn vào thiết bị cơng nghệ hệ thống ứng dụng để ước lượng thông số bước người dùng nhằm nâng cao hiệu quả, tiện ích thân thiện với người dùng walker Tương lai tạo kênh đánh giá khách quan chuẩn đốn tình trạng sức khỏe bệnh nhân cho số bệnh liên quan đến việc lại Mục tiêu cụ thể: - Xây dựng thuật toán định vị quán tính cải biên nhằm nâng cao độ xác ước lượng đại lượng chuyển động - Thiết kế chế tạo phần cứng phục vụ kiểm chứng thuật tốn hỗ trợ q trình phục hồi chức người bệnh Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu  Cảm biến encoder  Cảm biến quán tính IMU  Thuật tốn định vị qn tính  Lý thuyết lọc Kalman  Phần mềm Matlab lập trình tính toán từ liệu đầu vào 4.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu ứng dụng thuật tốn định vị qn tính sử dụng lọc Kalman để ước lượng thông số bước người dùng walker Walker (front wheeled walker) gắn cảm biến encoder bánh xe trước cảm biến quán tính IMU, vi điều khiển arduino để lưu liệu vào thẻ nhớ (SD card) Phương pháp nghiên cứu  Tìm hiểu lọc Kalman  Tham khảo hệ thống, thiết bị, báo liên quan đến walker  Xây dựng thuật toán định vị quán tính sử dụng lọc Kalman để ước lượng chuyển động cho hệ thống Tìm hiểu đặc trưng riêng chuyển động cho đối tượng để tìm phương pháp cập nhật, tăng độ xác cho ước lượng chuyển động Cụ thể hóa điều vào thuật toán cập nhật giá trị đo cho lọc Kalman Từ ước lượng thơng số bước người dùng walker Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài hướng đến việc ứng dụng thuật toán vào thiết bị sống ngày Walker gắn cảm biến qn tính thuật tốn định vị đem đến thơng tin khách quan xác cho người dùng Xây dựng tảng để cải tiến walker sản xuất ứng dụng đại trà sản phẩm việc chăm sóc đánh giá sức khỏe trung tâm hồi phục chức Bố cục luận văn Ngoài phần Mở phần Kết luận kiến nghị, Luận văn gồm chương: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Thuật tốn định vị qn tính Chương 3: Bộ lọc Kalman Chương 4: Thiết kế phần cứng Chương 5: Xây dựng thuật toán phát phân loại chuyển động Chương 6: Kết thông số bước người dùng CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Tại chương Tác giả giới thiệu tổng quan nội dung liên quan đến đề tài Trong đó, có đề cập giới thiệu cảm biến quán tính, cảm biến chuyển động tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Về cảm biến quán tính: Tác giả khác biệt khối IMU thời kỳ đầu sử dụng so với tại, mà khoa học công nghệ đặc biệt công nghệ vật liệu công nghệ vi chế tạo mở nhiều hội cho nhân loại Tại phần tiếp theo, Tác giả đưa năm kiểu chuyển động gồm: gia tốc, rung động, chấn động, nghiêng quay Từ đó, xem xét riêng chế độ cảm biến để giúp nhận tiềm dạng Đồng thời, đưa số ứng dụng IMU thực tiễn sống Phần tổng quan tình hình nghiên cứu, đề cập đến thuận tốn định vị qn tính, ứng dụng việc ước lượng giám sát chuyển động phân tích dáng đi, định vị cho người Từ đó, đưa đề xuất hướng nghiên cứu 1.1 Giới thiệu cảm biến quán tính Khối IMU thời kì đầu sử dụng cảm biến qn tính hoạt động theo nguyên tắc khí Những cảm biến khí thường có kích thước lớn, hoạt động hiệu quả, giá thành cao tiêu thụ nhiều lượng Ngày nay, với tiến khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ vật liệu công nghệ vi chế tạo tạo cảm biến vi có kích thước nhỏ, hoạt động hiệu quả, tiêu thụ lượng đặc biệt giá thành hạ, điều mở khả rộng lớn cho việc ứng dụng cảm biến vi nhiều lĩnh vực đời sống 1.2 Giới thiệu cảm biến chuyển động Trong năm kiểu chuyển động – gia tốc, rung động, chấn động, nghiêng quay ngoại trừ chuyển động quay, chuyển động lại kết thay đổi gia tốc theo thời gian Một số thiết bị đo dùng qn tính có kết hợp cảm biến gia tốc đa chiều, cảm biến quay hồi chuyển đa chiều, ngồi thêm cảm biến từ tính để tăng mức độ xác hướng IMU cung cấp thơng tin cảm biến với bậc tự do, giúp đạt độ xác cao đáp ứng yêu cầu ứng dụng thiết bị ghi hình y tế, dụng cụ phẫu thuật, phận thể giả cao cấp, dẫn đường tự động cho phương tiện công nghiệp Một ưu khác việc sử dụng IMU tính thiết bị nhà sản xuất kiểm thử hiệu chỉnh trước xuất xưởng 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu Thuật tốn định vị qn tính ứng dụng rộng rãi ước lượng giám sát chuyển động phân tích dáng định vị cho người Có số hệ thống sử dụng cảm biến gắn walker đề xuất phục vụ chăm sóc sức khỏe Hệ thống walker thơng minh (loại bánh) dựa đa Doppler, cảm biến gia tốc cảm biến lực, đề xuất sử dụng chăm sóc sức khỏe Những cảm biến phân bố walker nhằm phân tích thơng tin dáng người dùng Trong đó, đa Doppler vào chân đa khác phát quay bánh xe cảm biến lực bố trí tay cầm để ghi lại liệu lực tay tác động vào Cảm biến gia tốc 3D ứng dụng để ước lượng 10 CHƯƠNG THUẬT TỐN ĐỊNH VỊ QN TÍNH Tác giả đưa phân tích cụ thể thuật tốn định vị qn tính Trong đó, đưa số khái niệm Hệ trục tọa độ Tiếp đến giới thiệu quaternion, quaternion trung bình, biểu diễn góc sử dụng quaternion Sau đó, phân tích phương trình vị trí góc bản, cách xác định góc quay từ giá trị đo, đưa phương trình cảm biến, số nội dung liên quan khác Về hệ trục tọa độ, Tác giả xem xét hai trục tọa độ gồm hệ trục dẫn hướng hệ trục tọa độ người dùng Và đưa ký hiệu sử dụng hệ thống qn tính Về Quaternion, đưa cơng thức vec tơ định nghĩa, cơng thức, phương trình liên quan khác quaternion trung bình, cơng vụ ước lượng UISL, lệnh sử dụng Matlab, phương trình góc,… 2.1 Hệ trục tọa độ số khái niệm Vì quan tâm đến hệ thống dẫn đường quán tính ngắn, nên cần xem xét hai tọa độ: hệ trục dẫn hướng hệ trục tọa độ người dùng Hệ trục dẫn hướng: hệ trục địa lý cục mà có trục hướng bắc (trục x), hướng tây (trục y), trục đứng cục (trục z) Hệ trục khối tâm: hệ trục mà trục trùng với trục đơn vị dẫn đường quán tính Đối với vector xác định p thường ta sử dụng số b (body) n (navigation) để nhấn mạnh vec tơ biểu diễn hệ trục tọa độ cụ thể 2.2 Quaternion 2.3 Quaternion trung bình 2.4 Biểu diễn góc sử dụng quaternion 11 2.5 Các phương trình vị trí góc 2.6 Phương trình góc quay (góc euler) 2.7 Xác định góc quay từ giá trị đo 2.8 Các phương trình cảm biến 2.9 Ước lượng thay đổi vị trí 2.9.1 Tính 2.9.2 Phương trình 2.9.3 Vận tốc vị trí 2.10 AHRS 2.11 Xác định góc quay từ giá trị đo 2.11.1 Thuật toán TRIAD 2.11.2 Xác định góc quay từ cảm biến 2.11.3 Thuật tốn tổng qt 2.11.4 Khởi tạo góc quay ban đầu sử dụng cảm biến từ trường cảm biến gia tốc 12 CHƯƠNG BỘ LỌC KALMAN Tại chương Tác giả tập trung phân tích vấn đề xoay quanh lọc Kalman Trong đó, nội dung cụ thể bao gồm: giới thiệu chung lọc Kalman; đưa mơ hình tốn học hệ thống mơ hình quan sát, giả thiết, nguồn gốc, điều kiện không chệch, hiệp phương sai số, độ lời Kalman, phương trình lọc Kalman; xác định vấn đề khác lọc Kalman cho thuật tốn định vị qn tính Tại phần giới thiệu chung, Tác giả giới thiệu nguồn gốc cấu thành lọc Từ đó, phân tích mơ hình hoạt động lọc đưa so sánh số lọc thường dùng đo lường, giảm thiểu sai số hệ thống 3.1 Giới thiệu chung lọc Kalman Bộ lọc Kalman đề xuất từ năm 1960 giáo sư Kalman để thu thập kết hợp linh động thông tin từ cảm biến thành phần Một phương trình định hướng mẫu thống kê nhiễu cảm biến biết xác định, lọc Kalman cho ước lượng giá trị tối ưu (chính xác loại sai số, nhiễu) sử dụng tín hiệu “tinh khiết” có độ phân bổ không đổi Cùng với phát triển tính tốn kỹ thuật số, lọc Kalman trở thành chủ đề nghiên cứu sôi ứng dụng nhiều ngành kỹ thuật công nghệ khác nhau: tự động hóa, định vị số lĩnh vực truyền thông khác Hoạt động lọc Kalman chia làm giai đoạn chính: cập nhật trạng thái theo thời gian cập nhật giá trị đo Giai đoạn cập nhật trạng thái theo thời gian (Time Update) hay gọi 13 dự đốn (Predict) giai đoạn sử dụng mơ hình tốn (phương trình trạng thái) giá trị trước để dự đoán giá trị Các giá trị đo cảm biến quán tính (gia tốc tịnh tiến vận tốc góc) sử dụng cho giai đoạn để dự đoán giá trị cần ước lượng Giai đoạn cập nhật giá trị đo (Measurement Update) hay gọi hiệu chỉnh (Correct) giai đoạn sử dụng giá trị đo để hiệu chỉnh lại giá trị dự đốn trước Thơng tin vận tốc “điểm dừng” giá trị đo cho thơng số vận tốc Điều giúp thuật toán định vị quán tính hiệu chỉnh giá trị ước lượng giảm đáng kể sai số trình ước lượng thông số chuyển động 3.1.1 Hệ thống mô hình quan sát 3.1.2 Giả thiết 3.1.3 Nguồn gốc 3.1.4 Điều kiện không chệch 3.1.5 Hiệp phương sai số 3.1.6 Độ lời Kalman 3.1.7 Tóm tắt phương trình lọc Kalman 3.2 Bộ lọc Kalman cho thuật toán định vị quán tính 14 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Tại chương Tác giả phân tích vấn đề thiết kế xây dựng phần cứng, chi tiết gồm phần sau giới thiếu tổng quan hệ thống; phân tích vấn đề phần cứng đồng hóa liệu; thuật toán ước lượng BSC ICS 4.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống Hệ thống walker bao gồm 01 cảm biến qn tính (Mti-1, cơng ty Xsens) 02 encoder (loại 1024 xung/vòng) Trong cảm biến quán tính gắn vị trí khung walker Encoder gắn vào bánh trước đo độ dịch chuyển bánh walker Cảm biến quán tính bao gồm cảm biến gia tốc cảm biến vận tốc góc theo trục với tần số lấy mẫu 100 Hz Một mạch thiết kế để thu thập đồng liệu cảm biến qn tính encoder Trong đó, Arduino Uno R3 sử dụng để đọc liệu từ cảm biến lưu liệu vào thẻ nhớ Micro SD 4.2 Phần cứng đồng hóa liệu Về giải pháp phần cứng, sử dụng 01 cảm biến quán tính Mti-1 hãng Xsens 02 encoder 1024 xung/vòng hãng LS 01 vi điều khiển Arduino Uno R3 sử dụng để đọc đồng liệu cảm biến quán tính encoder Các liệu lưu trữ vào 01 thẻ nhớ Micro SD Để tiện cho việc sử dụng, chúng tơi bố trí nút nhấn vị trí tay cầm để bắt đầu kết thúc trình đọc liệu Việc truyền nhận liệu cảm biến quán tính arduino thực qua cổng UART với dây Rx, Tx Các encoder sử dụng dây A B để xác định chiều quay bánh xe Các chân 15 ngắt sử dụng mục đích để việc đọc encoder thực cách nhanh chóng kịp thời, đảm bảo không bỏ lỡ xung encoder Điều cần thiết tốc độ di chuyển lớn độ phân giải encoder cao 4.3 Thuật toán ước lượng BSC ICS 16 CHƯƠNG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN VÀ PHÂN LOẠI CHUYỂN ĐỘNG Tác giả xây dựng thuật toán phát phân loại chuyển động, theo đó, phân tích định nghĩa chuyển động walker, thuật toán phát chuyển động thuật toán phân loại chuyển động 5.1 Định nghĩa chuyển động walker Chuyển động walker chia thành loại bao gồm: chuyển động đẩy liên tục (lăn liên tục), chuyển động đẩy bước (lăn bước), chuyển động nhấc chân sau lên đẩy tới bước (nhấc chân sau), chuyển động nhấc hoàn toàn walker lên đặt tới trước (nhấc hoàn toàn), chuyển động liên quan đến chuyển hướng (đổi hướng) Những chuyển động miêu tả cụ thể sau:  Lăn liên tục: chuyển động liên quan đến việc người dùng đẩy walker trước bước liên tục phía trước Đây chuyển động phù hợp với người có chân khỏe mạnh  Lăn bước: chuyển động phù hợp cho người có đơi chân không khỏe bị đau chân Lúc người dùng đẩy walker bước phía trước dừng lại bước  Nhấc chân sau: chuyển động tương tự chuyển động lăn bước, nhiên trường hợp người dùng nhấc chân sau lên trước đẩy tới trước  Nhấc hoàn toàn: chuyển động tương tự chuyển động nhấc chân sau, nhiên trường hợp walker nhấc hoàn toàn lên khỏi mặt đất chuyển động đặt xuống đất cuối chuyển động 17  Đối hướng: chuyển động thường sử dụng người dùng đổi hướng chuyển động, lúc người dùng đứng chân sau nhấc walker lên quay góc trước đặt walker trở lại mặt đất 5.2 Thuật toán phát chuyển động Về nguyên tắc encoder phát chuyển động chuyển động liên quan đến việc bánh walker lăn mặt đất Cảm biến qn tính phát chuyển vật người dựa vào việc phát gia tốc tịnh tiến vận tốc góc quay theo hướng Tuy nhiên trường hợp walker lăn mặt đất có nhiều điểm khó khăn nguyên nhân sau:  Gia tốc thay đổi chủ yếu theo hướng di chuyển không rõ ràng việc sử dụng thay đổi gia tốc để phát khoảng chuyển động khơng xác  Vận tốc góc quay thường khơng thay đổi theo hướng sử dụng vận tốc góc để phát chuyển động 5.3 Thuật tốn phân loại chuyển động Trong khoảng chuyển động phát dựa vào encoder IMU Chuyển động lăn liên tục xác định chuyển động encoder phát khơng có quay theo phương walker thời gian chuyển động đủ dài (lớn thời gian chuyển động bước chân ) Nếu thời gian chuyển động trường hợp nhỏ tương ứng với thời gian bước chân chuyển động lăn bước Chuyển động nhấc chân sau xác định việc phát chuyển động encoder chuyển động quay quanh trục walker Chuyển động nhấc hoàn 18 toàn walker xác định việc có chuyển động quanh trục khơng có chuyển động encoder phát khơng có chuyển động quay quanh trục walker Chuyển động quay đổi hướng xác định việc phát chuyển động quay quanh phương phương quay encoder walker khơng có chuyển động 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ THÔNG SỐ BƯỚC ĐI CỦA NGƯỜI DÙNG Đối với chương này, Tác giả tập trung phân tích thơng số bước người dung, từ cho kết phần cứng kết khác thu thập 6.1 Kết phần cứng Hệ thống xây dựng mơ hình Trong chúng tơi sử dụng cảm biến quán tính hãng Xsens (Mti-1) encoder có độ phân giải 1024 xung/vòng Trong mơ đun cảm biến qn tính thể Hình 6.1 gồm 01 arduino Uno, 01 cảm biến quán tính Xsens, 01 thẻ nhớ micro SD, đèn led báo hiệu trình (xem Hình 6.2) Các encoder gắn bánh xe thông qua hệ thống gồm bánh (xem Hình 6.1) Ngồi để tiện lợi q trình sử dụng, chúng tơi tích hợp vị trí tay cầm nút nhấn để bắt đầu / kết thúc trình đọc ghi liệu Hình 6.1 Hệ thống walker dùng thử nghiệm 20 Hình 6.2 Mơ đun cảm biến qn tính 6.2 Thơng số bước 6.2.1 Phân loại chuyển động Thí nghiệm thực nhằm mục đích thử nghiệm thuật toán phát phân loại chuyển động 05 người khỏe mạnh hướng dẫn sử dụng walker theo cách mà người già thường sử dụng gồm cách chuyển động Mỗi người dọc hành lang dài 20m sử dụng walker lần Tại lần đi, người dùng sử dụng cách đẩy walker liên tục mặt đất 5m đầu tiên, đẩy bước bước tiếp theo, chân sau walker 5m thứ 5m cuối chặng đường hồn tồn walker 6.2.2 Thơng số bước Thí nghiệm với người dùng dọc hành lang 20m sử dụng walker Mỗi người dọc hành lang 20 lần (5 lần sử dụng cách đẩy liên tục, lần sử dụng cách đẩy bước, lần sử dụng cách bánh sau lên đẩy tới lần hoàn tồn walker lên đẩy tới) Kết thí nghiệm thể (xem Bảng 6.1) 21 RMSE trường hợp đẩy mặt đất 0.1m RMSE trường hợp walker lên 0.3m Điều dễ dàng nhận việc ước lượng chuyển động sử dụng encoder xác so với việc ước lượng chuyển động sử dụng cảm biến quán tính Bảng 6.1 Kết người dùng walker thẳng 20m Thông số ước lượng Tiêu Người dùng chuẩn Nhấc Lăn Lăn đánh liên giá tục bước M 5,021 4,953 4,892 4,991 19,875 STD 0,025 0,033 0,108 0,112 0,137 RMSE 0,031 0,054 0,145 0,102 0,238 M 5.012 4,988 5,126 5,098 20,224 STD 0,018 0,016 0,113 0,078 0,187 RMSE 0,046 0,019 0,162 0,121 0,223 M 4,982 5,023 4,966 5,109 20,08 STD 0,019 0,010 0,125 0,098 0,146 MSE 0,025 0,015 0,117 0,140 0,128 chân sau Nhấc hoàn toàn Tổng hợp M: giá trị trung bình kết ước lượng, STD: Sai lệch chuẩn sai số, RMSE: trung bình bình phương sai số 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài ứng dụng lọc kalman thuật toán định vị qn tính mơ hình walker Từ xây dựng thông số bước người dùng Việc so sánh kết ước lượng lọc thực tế xác Thuật tốn ước lượng thơng số hoạt động xác với nhiều kiểu chuyển động người dùng Gía trị RMSE, STD tương đối nhỏ, đảm bảo tính xác khâu ước lượng khoảng cách Các thông số bước (độ dài bước, tốc độ bước, thời gian bước…) quan trọng việc đánh giá khả lại người dùng Ví dụ người dùng sử dụng walker cách đẩy liên tục có đơi chân khỏe người sử dụng walker cách đẩy bước thường có chân yếu (hoặc bị thương) Người dùng có bước dài thời gian bước ngắn thường có khả lại tốt Độ xác việc ước lượng độ dài bước thời gian bước minh chứng việc cộng tổng độ dài bước (thời gian bước) so với tổng quảng đường (thời gian thực tế) Từ hướng đến việc nghiên cứu, phát triển đề tài đưa mơ hình thực tế, giúp theo dõi đánh giá sức khỏe người dùng walker ... tra nhà thông qua việc sử dụng hệ thống đề xuất theo dẫn từ trước Với lý trên, định thực đề tài: Ứng dụng lọc Kalman định vị quán tính để ước lượng thông số bước cho người dùng walker để nghiên... thuật tốn định vị qn tính sử dụng lọc Kalman để ước lượng thông số bước người dùng walker Walker (front wheeled walker) gắn cảm biến encoder bánh xe trước cảm biến quán tính IMU, vi đi u khiển... đảm bảo tính xác khâu ước lượng khoảng cách Các thông số bước (độ dài bước, tốc độ bước, thời gian bước ) quan trọng việc đánh giá khả lại người dùng Ví dụ người dùng sử dụng walker cách đẩy liên