| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 38.01 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The use of technology to support traditional physical therapy in current times not only is a complement, but also an integral part of different types of rehabilitation. An example of this fusion between technology and physiotherapy is the Digital Physical Therapist developed by SWORD Health. It is used in physiotherapy sessions to provide immediate feedback to the user about the exercise being executed and improve the results of these sessions. SWORD has quality assurance processes in place for testing its products, but none of them physically stimulate the Motion Tracker (MT) repeatedly and accurately. A process like this eliminates circumstantial errors between multiple tests and allows the identification of systematic errors on the MT’s. To solve this problem, we decided to develop a human arm replica that stimulates the MT’s by performing a specific subset of movements. We used two servo motors to replicate the shoulder joint and two more to replicate the elbow joint. These joints are connected using PVC pipes and 3D-printed pieces. The “arm” is attached to a fire extinguisher base. The motors provide feedback signals, which are used to monitor their position. To evaluate the values read by the MT’s, we placed two Inertial Measurement Unit (IMU)’s on the apparatus to track its position. The apparatus is controlled using a MicroController Unit (MCU). This MCU has a shell interface that allows control of the apparatus without needing to change the firmware. This shell supports moving the apparatus and reading values from the IMU’s, among other possible commands. A user interface that connects to the MT’s the user wants to test is also provided, and offers multiple ways of moving the apparatus, such as manually selecting each angle, choosing from a list of presets, or even editing/adding/removing a preset from this list. To test the behavior of this apparatus, functional tests were performed. Four different scenarios were added to test the MT’s: checking if the acceleration module is equal to 1G when the MT’s are resting, identifying if the axes of the MT’s are correctly aligned, checking if the MT’s read the correct acceleration values along all axes, and verifying the quaternions from the MT’s. These tests were performed on a set that included functional and non-functional MT’s. The apparatus proved to be able to identify the defective MT’s in our test group, identifying problems like a wrong acceleration module, axes incorrectly aligned, wrong acceleration values, and wrong quaternions. These results confirmed that the apparatus is capable of being used to automate some of the manual work done by the Quality Assurance team.
O uso de tecnologia como suporte da fisioterapia tradicional hoje é usada não só como um complemento, mas como uma parte integral de diferentes tipos de reabilitação. Um exemplo desta fusão entre tecnologia e fisioterapia é o Digital Physical Therapist desenvolvido pela SWORD Health. É usado em sessões de fisioterapia para providenciar feedback imediato ao utilizador sobre o exercício que está a fazer e melhorar os resultados destas sessões. A SWORD possui procedimentos para assegurar a qualidade dos seus produtos, mas nenhum destes procedimentos exercita fisicamente o MT repetidamente e com precisão. Um processo como este elimina erros circunstanciais entre múltiplos testes e permite a identificação de erros sistemáticos dos MTs. Para resolver este problema, decidimos desenvolver uma réplica do braço humano que exercita os MTs utilizando um conjunto de movimentos. Usámos dois servo motores para replicar o ombro e mais dois motores para o cotovelo. Estas juntas são ligadas por tubos de PVC e peças impressas em 3D. O “braço” é preso a uma base de extintor. Os motores disponibilizam um sinal de feedback, que usamos para acompanhar a sua posição. Para verificar os valores lidos pelos MTs, colocámos dois IMUs no aparato para acompanhar a sua posição. O aparato é controlado utilizando um MCU. Este MCU tem uma interface shell que permite o controlo do aparato sem necessidade de alterar o firmware. Esta shell permite mover o aparato e ler os valores dos IMUs, entre outros comandos. Também é disponibilizada uma interface do utilizador que se liga aos MT’s a ser testados e oferece várias formas de mover o aparato, como escrever manualmente cada ângulo, escolher a partir de uma lista de presets, ou até editar/adicionar/remover presets desta lista. Para testar o comportamento deste aparato foram efetuados testes funcionais. Foram adicionados quatro cenários de teste: verificar se o módulo de aceleração é igual a 1G quando os MTs estão em repouso, identificar se os eixos dos MTs estão alinhados corretamente, verificar se os MTs lêem os valores corretos de aceleração em todos os eixos, e verificar os quaterniões dos MTs. Estes testes foram feitos num grupo que incluía MTs funcionais e não funcionais. O aparato provou-se capaz de identificar os MTs com defeito neste grupo, ao identificar problemas como um módulo de aceleração errado, eixos alinhados incorretamente, valores de aceleração errados, e quaterniões errados. Estes resultados confirmaram que o aparato pode ser utilizado para automatizar algum do trabalho manual feito pela equipa de verificação de qualidade.
O uso de tecnologia como suporte da fisioterapia tradicional hoje é usada não só como um complemento, mas como uma parte integral de diferentes tipos de reabilitação. Um exemplo desta fusão entre tecnologia e fisioterapia é o Digital Physical Therapist desenvolvido pela SWORD Health. É usado em sessões de fisioterapia para providenciar feedback imediato ao utilizador sobre o exercício que está a fazer e melhorar os resultados destas sessões. A SWORD possui procedimentos para assegurar a qualidade dos seus produtos, mas nenhum destes procedimentos exercita fisicamente o MT repetidamente e com precisão. Um processo como este elimina erros circunstanciais entre múltiplos testes e permite a identificação de erros sistemáticos dos MTs. Para resolver este problema, decidimos desenvolver uma réplica do braço humano que exercita os MTs utilizando um conjunto de movimentos. Usámos dois servo motores para replicar o ombro e mais dois motores para o cotovelo. Estas juntas são ligadas por tubos de PVC e peças impressas em 3D. O “braço” é preso a uma base de extintor. Os motores disponibilizam um sinal de feedback, que usamos para acompanhar a sua posição. Para verificar os valores lidos pelos MTs, colocámos dois IMUs no aparato para acompanhar a sua posição. O aparato é controlado utilizando um MCU. Este MCU tem uma interface shell que permite o controlo do aparato sem necessidade de alterar o firmware. Esta shell permite mover o aparato e ler os valores dos IMUs, entre outros comandos. Também é disponibilizada uma interface do utilizador que se liga aos MT’s a ser testados e oferece várias formas de mover o aparato, como escrever manualmente cada ângulo, escolher a partir de uma lista de presets, ou até editar/adicionar/remover presets desta lista. Para testar o comportamento deste aparato foram efetuados testes funcionais. Foram adicionados quatro cenários de teste: verificar se o módulo de aceleração é igual a 1G quando os MTs estão em repouso, identificar se os eixos dos MTs estão alinhados corretamente, verificar se os MTs lêem os valores corretos de aceleração em todos os eixos, e verificar os quaterniões dos MTs. Estes testes foram feitos num grupo que incluía MTs funcionais e não funcionais. O aparato provou-se capaz de identificar os MTs com defeito neste grupo, ao identificar problemas como um módulo de aceleração errado, eixos alinhados incorretamente, valores de aceleração errados, e quaterniões errados. Estes resultados confirmaram que o aparato pode ser utilizado para automatizar algum do trabalho manual feito pela equipa de verificação de qualidade.
Description
Keywords
Robotics Biomechanics simulation Motion tracking Technology and physical therapy Hardware in the loop testing Testing apparatus Robótica Simulação de biomecânica Motion tracking Tecnologia e fisioterapia Testes hardware in the loop Aparato de teste