Loại chuyển
động Sốbước lượng trung bình (mm) Độdài bước Sai số (mm)
Đẩy đi liên tục 4 522,60 1,61 4 524,35 2,32 4 519,90 2,32 4 527,07 1,58 4 527,20 2,28 Đẩy đi từng bước 5 421,39 0,99 5 421,65 0,87 5 423,61 0,81 5 420,33 0,72 5 421,83 1,14 Nhấc 2 chân sau 5 427,93 4,61 5 423,65 5,01 5 422,53 5,3 5 415,29 6,81 5 425,39 5,63 Nhấc hoàn toàn 4 523,66 4,97 4 527,02 3,97 4 525,71 6,49 4 526,37 8,11 4 527,50 3,7 Trung bình 473,75 3,46 (0,73%)
Trang 124
Hình 4.14 thể hiện vị trí của khung tập đi (đại diện bởi hạt phản quang gắn tại tâm hệ toạ độ BCS) và sai số của việc ước lượng được trong trường hợp sử dụng khung tập đi thẳng khoảng 2 𝑚 bằng cách nhấc hoàn toàn khung tập đi. Ở hình bên trái, đường nét liền màu xanh là vị trí ước lượng trong khi đường nét đứt màu đỏ là vị trí thực ghi lại bởi hệ thống OptiTrack. Ở hình bên phải là sai số của việc ước lượng so với vị trí thực. Theo đó, khi sử dụng bộ lọc Kalman thì sai số vị trí ước lượng cuối cùng khoảng dưới 1 𝑚𝑚. Quỹ đạo 3D của khung tập được thể hiện trên Hình 4.15.
Để đánh giá độ chính xác về mặt định lượng, thí nghiệm trên được lặp lại cho 4 loại chuyển động khác với khoảng cách di chuyển là 2 𝑚 với hệ thống OptiTrack, mỗi loại chuyển động thực hiện 5 lần với kết quả được thể hiện trong Bảng 4.13. Trong đó, độ dài bước trung bình được tính từ hệ thống OptiTrack. Sai số RMSE được tính bằng cách so sánh độ dài mỗi bước ước lượng bởi hệ thống đề xuất với độ dài mỗi bước đi đo được từ hệ thống OptiTrack. Trong đó, sai số trung bình là 7,3 𝑚𝑚 trong 1 bước đi. Đây là sai số hoàn toàn chấp nhận được trong ứng dụng ước lượng thơng số bước đi phục vụ đánh giá tình trạng sức khỏe.
Hình 4.16 Phát hiện thời điểm bước chân sử dụng OptiTrack
Để đánh giá thuật toán phát hiện bước chân trong quá trình đẩy đi liên tục, Hình 4.16 thể hiện kết quả việc sử dụng hệ thống khung tập đi để đi thẳng 2 𝑚 bằng
Trang 125
cách đẩy đi liên tục. Trong đó, tốc độ đẩy và các điểm bàn chân chạm đất được thể hiện trong hình đầu. Ở hình thứ hai, khoảng cách di chuyển của bàn chân trái và phải tương ứng được thể hiện bằng đường màu xanh và nét đứt màu đỏ. Trong đó, đoạn nằm ngang của đồ thị khoảng cách di chuyển thể hiện bàn chân đang chạm đất. Có thể thấy rằng các các điểm đánh dấu bước chân ở hình đầu xuất hiện ngay giữa khoảng thời gian đường khoảng cách nằm ngang ở hình thứ hai. Điều này chứng minh thuật toán phát hiện các bước chân trong trường hợp khung tập đi được đẩy đi liên tục là chính xác.
4.6.7 Đánh giá vai trị của bộ lọc Kalman trong INS
Hình 4.17 Quỹđạo chuyển động của khung tập đi được ước lượng khi không sử dụng bộ lọc Kalman
Để đánh giá vai trò của bộ lọc Kalman trong INS, kết quả thí nghiệm đi 2 𝑚 với hệ thống OptiTrack ở trên được trích xuất trong trường hợp khơng sử dụng bộ lọc Kalman để cập nhật như trong Hình 4.17. Trong đó, đường liền màu xanh thể hiện vị trí ước lượng, đường nét đứt màu đỏ thể hiện vị trí thực được ghi lại bởi hệ thống OptiTrack, sai lệch ước lượng cũng được trích xuất ở hình bên phải. Sai số ước lượng
Trang 126
vị trí cuối cùng lên đến hơn 60 𝑚. Đây là sai số quá lớn so với khoảng cách di chuyển là 2 𝑚. Do vậy, hệ thống INS phải sử dụng với các bộ lọc, trong trường hợp này là bộ lọc Kalman.
4.6.8 Đánh giá độ chính xác trong chuyển động có đổi hướng
Thí nghiệm thứ tư được thực hiện với 5 người dùng sử dụng khung tập đi theo một số quỹ đạo cho trước. Quỹ đạo di chuyển đầu tiên là đi quãng đường 40 𝑚 dọc theo hành lang 20 𝑚 và vòng ngược lại. Chuyển động này bao gồm một chuyển động quay 1800 với tổng quãng đường di chuyển là 40 𝑚 . Quỹ đạo di chuyển thứ hai là đi 2 vịng theo hình chữ nhật có kích thước 5 × 7 𝑚 bao gồm 7 chuyển động quay 900. Tổng quãng đường đi được trong quỹ đạo này là 48 𝑚.
Bảng 4.14 và Bảng 4.15 thể hiện khoảng cách ước lượng của thí nghiệm này. Các giá trị sai số RMSE của khoảng cách ước lượng trong trường hợp đi dọc hành lang và đi theo hình chữ nhật lần lượt là 0,704 𝑚 và 0,800 𝑚. Các giá trị sai số trung bình trong 2 trường hợp này lần lượt là 0,638 𝑚 trong tổng số 40 𝑚 (tương ứng với sai số 1,6%) và 0,712 𝑚 trong tổng số 48 𝑚 (tương ứng với sai số 1,4%). Các sai số này cũng tương ứng với các sai số ở các thí nghiệm khác đã trình bày. Như vậy hệ thống đề xuất đã hoạt động tốt trong trường hợp người dùng thực hiện các hoạt động chuyển hướng đi.
Bảng 4.14 Khoảng cách ước lượng (m) sử dụng khung tập đi đi dọc và ngược lại hành lang 20 m
Lượt đi Người dùng
1 2 3 4 5 1 39,694 39,502 38,743 39,626 39,533 2 39,585 39,423 38,946 39,634 39,621 3 39,467 39,306 38,887 39,762 39,563 4 39,332 38,785 39,291 39,179 39,681 5 39,435 39,602 38,863 39,261 39,372 Trung bình 39,503 39,323 38,946 39,492 39,545 Sai số: 0,638 𝑚 RMSE: 0,704 m
Trang 127
Bảng 4.15 Khoảng cách ước lượng (m) sử dụng khung tập đi đi theo hình chữ nhật 5x7 m 2 vòng
Lượt đi Người dùng
1 2 3 4 5 1 47,342 47,790 47,150 46,487 47,347 2 47,161 47,087 48,053 46,894 47,401 3 47,361 47,635 46,590 47,098 47,575 4 47,146 47,035 47,034 47,521 47,589 5 47,607 47,637 46,862 47,147 47,642 Trung bình 47,323 47,437 47,138 47,029 47,511 Sai số: 0,712 𝑚 RMSE: 0,800 m 4.6.9 Thực nghiệm với bệnh nhân
Thực nghiệm được thực hiện tại Khoa Vật lý Trị liệu – Phục hồi chức năng của Bệnh viện Quân y 17 tại Đà Nẵng từngày 25/12/2020 đến 2/1/2021. Thực nghiệm thực hiện với 10 bệnh nhân đi lại khó khăn, do bị các bệnh như đứt dây chằng, xuất huyết não và vỡ mâm chày trái, và đang điều trị phục hồi chức năng đi. Thông tin của các bệnh nhân như trong Bảng 4.16.