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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Physical therapy, a critical and evolving field of medicine, is crucial in improving
the physical health and functional ability of people of all ages and medical prob lems. It has changed over time from a field largely concerned with rehabilitation
to a multifaceted healthcare profession. Synergizing physical therapy practices with
simulation technology enables the creation of virtual models that are hardware inde pendent, revolutionizing the delivery and effectiveness of physical therapy services,
such as remote rehabilitation. Based on this principle, the objectives of this thesis
are to develop the control of a virtualized humanoid robot, develop a mechanism for
validating the robot’s movements against a baseline of rehabilitation exercises and
implement a set of exercises and a set of incorrect movements to test the previous
objectives.
Initially, the work involved the study of human movement recognition, some of
the possible sensors used in this detection and, after that, the study of the simulation
platforms that can be used. As a result, it was used the middleware ROS, the Gazebo
simulator, the MoveIt trajectory planning framework and the NAO robot simula tion model. Starting with the simulation and control of the robot through MoveIt,
the subset of physical therapy exercises were subsequently selected and replicated
in Gazebo. Afterwards, the creation of the baseline to validate the robot’s move ments and the implementation of exercises considered correct and incorrect to test
it. There were selected four different exercises, being created four variations of ac cepted movements and six variations of incorrect movements. The stated objectives
were successfully achieved, as the system is capable of detecting and distinguishing
correct movements from incorrect ones.
A fisioterapia, um campo crítico e em evolução da medicina, é crucial para melhorar a saúde física e a capacidade funcional de pessoas de todas as idades e problemas médicos. Ao longo do tempo, mudou de um campo amplamente focado na reabilitação para uma profissão de saúde multifacetada. A combinação da fisioterapia com tecnologias de simulação permite a criação de modelos virtuais independentes de hardware, revolucionando a prestação e a eficácia dos serviços de fisioterapia, como a reabilitação remota. Com base neste princípio, os objetivos desta tese passam por desenvolver o controlo de um robô humanoide virtual, desenvolver um mecanismo de validação dos movimentos do robô contra uma baseline de exercícios de reabilitação e implementar um conjunto de exercícios para o robô e um conjunto de movimentos incorretos para testar os objetivos anteriores. Inicialmente, o trabalho passou pelo estudo de reconhecimento de movimentos humanos, possíveis sensores utilizados na deteção destes movimentos e após isso o estudo de plataformas de simulação que possam ser utilizadas. Com isto, foi decidido utilizar em conjunto o middleware Robot Operating System (ROS), o simulador Gazebo, o programa de planeamento de trajetórias MoveIt e o modelo de simulação do robô NAO. Começando pela simulação e controlo do robô através do MoveIt, passou-se à escolha e replicação dos movimentos de fisioterapia escolhidos no Gazebo. Após, a criação da baseline para validar os movimentos do robô e a implementação de exercícios considerados corretos e incorretos para testá-la. Foram selecionados quatro exercícios diferentes, tendo sido criadas quatro variações de movimentos aceites e seis variações de movimentos incorretos. Os objetivos propostos foram atingidos com sucesso, uma vez que o sistema é capaz de detetar e distinguir os movimentos corretos dos movimentos incorretos.
A fisioterapia, um campo crítico e em evolução da medicina, é crucial para melhorar a saúde física e a capacidade funcional de pessoas de todas as idades e problemas médicos. Ao longo do tempo, mudou de um campo amplamente focado na reabilitação para uma profissão de saúde multifacetada. A combinação da fisioterapia com tecnologias de simulação permite a criação de modelos virtuais independentes de hardware, revolucionando a prestação e a eficácia dos serviços de fisioterapia, como a reabilitação remota. Com base neste princípio, os objetivos desta tese passam por desenvolver o controlo de um robô humanoide virtual, desenvolver um mecanismo de validação dos movimentos do robô contra uma baseline de exercícios de reabilitação e implementar um conjunto de exercícios para o robô e um conjunto de movimentos incorretos para testar os objetivos anteriores. Inicialmente, o trabalho passou pelo estudo de reconhecimento de movimentos humanos, possíveis sensores utilizados na deteção destes movimentos e após isso o estudo de plataformas de simulação que possam ser utilizadas. Com isto, foi decidido utilizar em conjunto o middleware Robot Operating System (ROS), o simulador Gazebo, o programa de planeamento de trajetórias MoveIt e o modelo de simulação do robô NAO. Começando pela simulação e controlo do robô através do MoveIt, passou-se à escolha e replicação dos movimentos de fisioterapia escolhidos no Gazebo. Após, a criação da baseline para validar os movimentos do robô e a implementação de exercícios considerados corretos e incorretos para testá-la. Foram selecionados quatro exercícios diferentes, tendo sido criadas quatro variações de movimentos aceites e seis variações de movimentos incorretos. Os objetivos propostos foram atingidos com sucesso, uma vez que o sistema é capaz de detetar e distinguir os movimentos corretos dos movimentos incorretos.
Description
Keywords
ROS Gazebo MoveIt NAO IMU movement detection physical therapy