Zařízení pro analýzu pohybu pomocí inerciálních senzorů

Bc. Bedřich Said

Master's thesis

Device for Analysis of Movement Using Inertial Sensors

Abstract:

V současné době jsou inerciální senzory stále více využívány a jejich cena stále klesá. Nižší pořizovací cena otevírá nové způsoby využití těchto senzorů. Příklady můžeme najít v nositelné elektronice, mobilních telefonech, navigačních nebo řídicích systémech. Na trhu je k dispozici celé spektrum těchto zařízení pro různé účely využití. Tato zařízení jsou obvykle navržena pro konkrétní způsob používání a nedisponují dalšími vlastnostmi jako je dlouhá výdrž baterie, dostatek paměti pro ukládání naměřených údajů nebo otevřenost pro naprogramování uživatelem. Elektronika, která splňuje všechna uvedená kritéria, je obvykle výrazně dražší. Vytvořil jsem nové přenosné zařízení určené pro měření, ukládání a zpracování dat ze senzorů. Je vyrobeno tak, aby v průběhu sběru dat nevyžadovalo žádné kabelové připojení, ani k externímu napájení. Zařízení je schopné pracovat ve venkovních podmínkách, ukládat naměřené hodnoty a bezdrátově poskytovat výstupní data na základě interních výpočtů. Uživatel si může zvolit mezi plně bezdrátovou komunikací a kabelovým připojením k další elektronice. Přítomné senzory měří inerciální data, orientaci v prostoru, pozici vůči okolním zařízením and atmosferické hodnoty. Pro důkladné otestování zmíněného zařízení jsem si vybral úlohu zabývající se anlýzou pohybu koně. Umístil jsem jednotlivé prototypy na tělo koně jako nositelná zařízení a vyvinul jsem algoritmus pro rozpoznání základních typů pohybu - stání, krok, klus, cval a trysk. Obecně je možné nově vyvinutou elektroniku využít k měření a ukládání získaných hodnot, ke zpracovávání naměřených údajů v reálném čase a k navigaci nebo řízení pohybující se mechaniky. Zařízení funguje nezávisle, takže je snadné jej nainstalovat na měřený nebo řízený objekt.

Abstract:

Currently, the inertial sensors are more widely used, and their price is decreasing. The lower price allows creating new solutions with lower costs. Some examples can be found in wearable devices, mobile phones, navigation or control systems. There are several devices for various use cases on the market. These devices usually cover their use cases and do not have any additional features like power independence, enough logging memory or openness for user code. The remaining hardware that fulfills all the conditions above is usually expensive. I have developed a new wearable independent device for capturing and processing the measured data. The independence means no external wires and no external power supply here. The device is able to work outdoors, to log the measured data and to provide a direct output based on internal computations. The user can choose between completely wireless communication or wired connection to other electronics. The sensors measure inertial, attitude, position and atmospheric values. For outdoor testing of the device I have selected the task about movement analysis of a horse. I placed the devices on the horse's body as wearable devices and I was developing algorithms for determination of the basic types of its movement - stand, walk, trot, canter or gallop. In general, the developed device can be used for capturing data from sensors, onboard data processing, navigation or control of moving mechanics. The electronics work independently, so it is easy to install it on the measured or controlled objects.

Keywords

Electronic Device, Printed Circuit Board, Inertial Sensors, Inertial Measurement Unit, Internet of Things, Movement Analysis, Horse, Elektronické zařízení, Deska plošných spojů, Inerciální senzory, Inerciální měřicí jednotka, Internet věcí, Analýza pohybu, Kůň

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2018
• Supervisor: RNDr. Zdeněk Matěj, Ph.D.
• Reader: prof. Ing. Václav Přenosil, CSc.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Embedded Systems