Tato diplomová práce seznamuje se základními principy funkce pohybových senzorů, konkrétně akcelerometrů, gyroskopů a magnetometrů. Zabývá se jejich technickými parametry, včetně rušivých vlivů, které jsou způsobeny samotným senzorem, nebo vlivy okolí. Cílem práce bylo popsat tyto rušivé vlivy a navrhnout komplementární filtry pro jejich odstranění, případně potlačení. Výstupem práce je sestrojené funkční zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, na kterém byly odzkoušeny algoritmy navržených komplementárních filtrů. Vše bylo vytvořeno a testováno za účelem využití především ve zdravotnictví, resp. rehabilitaci. V práci jsou uvedeny příklady aplikací navrženého měřícího systému a náměty dalšího výzkumu v této oblasti.
Anotace v angličtině
This master thesis deals with the basic principles of motion sensors, especially accelerometer, gyroscope and magnetometer. It follows up technical parameters including interferences caused by itself or because of surrounding effects. The main aim is to describe these interferences and project complementary filters to eliminate or suppress them. The result of this thesis is construction of functional device used for detection of trajectory and dynamics of the movement. This device was tested with softwares which characterize the complementary filters. Everything was constructed and tested in order to application in health care, especially rehabilitation. The thesis put forward motion of practical applications and instigate for next research in this area.
Tato diplomová práce seznamuje se základními principy funkce pohybových senzorů, konkrétně akcelerometrů, gyroskopů a magnetometrů. Zabývá se jejich technickými parametry, včetně rušivých vlivů, které jsou způsobeny samotným senzorem, nebo vlivy okolí. Cílem práce bylo popsat tyto rušivé vlivy a navrhnout komplementární filtry pro jejich odstranění, případně potlačení. Výstupem práce je sestrojené funkční zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, na kterém byly odzkoušeny algoritmy navržených komplementárních filtrů. Vše bylo vytvořeno a testováno za účelem využití především ve zdravotnictví, resp. rehabilitaci. V práci jsou uvedeny příklady aplikací navrženého měřícího systému a náměty dalšího výzkumu v této oblasti.
Anotace v angličtině
This master thesis deals with the basic principles of motion sensors, especially accelerometer, gyroscope and magnetometer. It follows up technical parameters including interferences caused by itself or because of surrounding effects. The main aim is to describe these interferences and project complementary filters to eliminate or suppress them. The result of this thesis is construction of functional device used for detection of trajectory and dynamics of the movement. This device was tested with softwares which characterize the complementary filters. Everything was constructed and tested in order to application in health care, especially rehabilitation. The thesis put forward motion of practical applications and instigate for next research in this area.
Cíle práce:
1. Popsání základních principů funkce akcelerometru a gyroskopu, včetně jejich technických parametrů.
2. Návrh komplementárních filtrů pro odstranění rušivých vlivů výše uvedených senzorů pro detekci pohybu.
3. Návrh plošného spoje zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, včetně výběru vhodných součástek na základě technických parametrů z katalogových listů.
4. Sestrojení zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, a vypracování softwaru procesoru.
5. Návrh využití zařízení ve zdravotnictví.
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Cílem práce je studie a návrh komplementárních filtrů pro korekci rušivých vlivů biomedicínských senzorů, resp. akcelerometru a gyroskopu. Výstupem práce je jejich následná aplikace v podobě sestrojení zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky.
Výzkumné předpoklady:
Pro úspěšné vypracování této diplomové práce se předpokládá nastudování principů funkce akcelerometru a gyroskopu, včetně jejich technických parametrů. Dále je třeba vytvoření vhodného filtru pro odstranění rušivých vlivů akcelerometru a gyroskopu. Předpokládaný výstup práce je sestrojení zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, na kterém budou aplikovány navržené filtry. Poslední předpoklad vychází z teoretického využití ve zdravotnictví.
Metoda:
Analýza
Technika práce, vyhodnocení dat:
Návrh komplementárních filtrů pro využití korekce rušivých vlivů akcelerometru a gyroskopu. Srovnání jednotlivých senzorů dle jejich technických parametrů z katalogových listů. Výstupem práce bude zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, včetně zamyšlení se nad využitím ve zdravotnictví.
Místo a čas realizace výzkumu:
Analýza a rekonstrukce bude probíhat v období listopad až únor v akademickém roce 2016/2017 na Technické univerzitě v Liberci a Krajské nemocnici Liberec.
Vzorek:
Nepředpokládá se využití respondentů.
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
1. Popsání základních principů funkce akcelerometru a gyroskopu, včetně jejich technických parametrů.
2. Návrh komplementárních filtrů pro odstranění rušivých vlivů výše uvedených senzorů pro detekci pohybu.
3. Návrh plošného spoje zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, včetně výběru vhodných součástek na základě technických parametrů z katalogových listů.
4. Sestrojení zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, a vypracování softwaru procesoru.
5. Návrh využití zařízení ve zdravotnictví.
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Cílem práce je studie a návrh komplementárních filtrů pro korekci rušivých vlivů biomedicínských senzorů, resp. akcelerometru a gyroskopu. Výstupem práce je jejich následná aplikace v podobě sestrojení zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky.
Výzkumné předpoklady:
Pro úspěšné vypracování této diplomové práce se předpokládá nastudování principů funkce akcelerometru a gyroskopu, včetně jejich technických parametrů. Dále je třeba vytvoření vhodného filtru pro odstranění rušivých vlivů akcelerometru a gyroskopu. Předpokládaný výstup práce je sestrojení zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, na kterém budou aplikovány navržené filtry. Poslední předpoklad vychází z teoretického využití ve zdravotnictví.
Metoda:
Analýza
Technika práce, vyhodnocení dat:
Návrh komplementárních filtrů pro využití korekce rušivých vlivů akcelerometru a gyroskopu. Srovnání jednotlivých senzorů dle jejich technických parametrů z katalogových listů. Výstupem práce bude zařízení pro detekci trajektorie pohybu a dynamiky, včetně zamyšlení se nad využitím ve zdravotnictví.
Místo a čas realizace výzkumu:
Analýza a rekonstrukce bude probíhat v období listopad až únor v akademickém roce 2016/2017 na Technické univerzitě v Liberci a Krajské nemocnici Liberec.
Vzorek:
Nepředpokládá se využití respondentů.
Seznam doporučené literatury
APETAUR, Milan, Tomáš HRALA a Tomáš VYSLOUŽIL. Mechanika tuhých těles. Základy teorie mechanizmů. Ústí nad Labem: Univerzita J.E. Purkyně v Ústí nad Labem, 2011. ISBN 978-80-7414-334-2.
KEMPE, Volker. Inertial MEMS: principles and practice. New York: Cambridge University Press, 2011. ISBN 978-0521766586.
VACEK, Vladimír. Přehled senzorů pro měření vibrací [online]. Plzeň, 2012 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://otik.uk.zcu.cz/bitstream/handle/11025/4741/Vacek_BP_E09B0203P.pdf_sequence=1. Bakalářská práce. Západočeská univerzita v Plzni. Vedoucí práce Zuzana Kabešová.
ŠTĚPÁNEK, Jan. Identifikace systému, senzorika a implementace řídícího algoritmu pro nestabilní balancující vozidlo [online]. Brno, 2011 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=42287. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Robert Grepl.
STRAŠIFTÁK, Andrej. Aplikácia inerciálneho systému pre riadenie robota [online]. Trnava, 2011 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: http://is.stuba.sk/lide/clovek.pl_zalozka=13;id=320;studium=75036;zp=24037;download_prace=1. Diplomová práca. Slovenská technická univerzita v Bratislave. Vedoucí práce Pavol Božek.
HELMA, Václav. Inteligentní zpracování dat z inerciálních senzorů pro odhad orientace ponorného zařízení [online]. Plzeň, 2015[cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://otik.uk.zcu.cz/bitstream/handle/11025/17912/bakalarska_prace.pdf_sequence=1. Bakalářská práce. Západočeská univerzita v Plzni. Vedoucí práce Martin Goubej.
MYNAŘÍK, Ondřej. Využití mobilních zařízení ve zpětnovazební lékařské rehabilitaci [online]. Brno, 2015 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=101508. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Adam Chromý.
MATĚJ, Jan. Čidlo vibrací [online]. Brno, 2014 [cit. 2016-10-21]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=105982. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Marek Bohrn.
HARING, Filip. MEMS magnetometr s mikrokontrolérem [online]. Brno, 2013 [cit. 2016-10-23]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=67005. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Zdeněk Bradáč.
SVOBODA, Emanuel. Přehled středoškolské fyziky. 5. přeprac. vyd. Praha: Prometheus, 2014. ISBN 978-80-7196-438-4.
HUSÁK, Miroslav. Mikrosenzory a mikroaktuátory. Praha: Academia, 2008. ISBN 978-80-200-1478-8.
Zuth, Daniel a František Vdoleček. Měření vibrací ve vibrodiagnostice. In: Automa: časopis pro automatizační techniku [online]. Praha: FCC Public, 2010, 2010(1) [cit. 2016-10-02]. ISSN 1210-9592. Dostupné z: http://www.odbornecasopisy.cz/res/pdf/40375.pdf
VOJÁČEK, Antonín. Integrované MEMS GYROSKOPY. In:Automatizace.hw.cz: Automatizace [online]. Praha, 2009
[cit. 2016-10-21]. ISSN: 1803-6392. Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/integrovane-mems-gyroskopy
Seznam doporučené literatury
APETAUR, Milan, Tomáš HRALA a Tomáš VYSLOUŽIL. Mechanika tuhých těles. Základy teorie mechanizmů. Ústí nad Labem: Univerzita J.E. Purkyně v Ústí nad Labem, 2011. ISBN 978-80-7414-334-2.
KEMPE, Volker. Inertial MEMS: principles and practice. New York: Cambridge University Press, 2011. ISBN 978-0521766586.
VACEK, Vladimír. Přehled senzorů pro měření vibrací [online]. Plzeň, 2012 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://otik.uk.zcu.cz/bitstream/handle/11025/4741/Vacek_BP_E09B0203P.pdf_sequence=1. Bakalářská práce. Západočeská univerzita v Plzni. Vedoucí práce Zuzana Kabešová.
ŠTĚPÁNEK, Jan. Identifikace systému, senzorika a implementace řídícího algoritmu pro nestabilní balancující vozidlo [online]. Brno, 2011 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=42287. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Robert Grepl.
STRAŠIFTÁK, Andrej. Aplikácia inerciálneho systému pre riadenie robota [online]. Trnava, 2011 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: http://is.stuba.sk/lide/clovek.pl_zalozka=13;id=320;studium=75036;zp=24037;download_prace=1. Diplomová práca. Slovenská technická univerzita v Bratislave. Vedoucí práce Pavol Božek.
HELMA, Václav. Inteligentní zpracování dat z inerciálních senzorů pro odhad orientace ponorného zařízení [online]. Plzeň, 2015[cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://otik.uk.zcu.cz/bitstream/handle/11025/17912/bakalarska_prace.pdf_sequence=1. Bakalářská práce. Západočeská univerzita v Plzni. Vedoucí práce Martin Goubej.
MYNAŘÍK, Ondřej. Využití mobilních zařízení ve zpětnovazební lékařské rehabilitaci [online]. Brno, 2015 [cit. 2016-10-02]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=101508. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Adam Chromý.
MATĚJ, Jan. Čidlo vibrací [online]. Brno, 2014 [cit. 2016-10-21]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=105982. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Marek Bohrn.
HARING, Filip. MEMS magnetometr s mikrokontrolérem [online]. Brno, 2013 [cit. 2016-10-23]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php_file_id=67005. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně. Vedoucí práce Zdeněk Bradáč.
SVOBODA, Emanuel. Přehled středoškolské fyziky. 5. přeprac. vyd. Praha: Prometheus, 2014. ISBN 978-80-7196-438-4.
HUSÁK, Miroslav. Mikrosenzory a mikroaktuátory. Praha: Academia, 2008. ISBN 978-80-200-1478-8.
Zuth, Daniel a František Vdoleček. Měření vibrací ve vibrodiagnostice. In: Automa: časopis pro automatizační techniku [online]. Praha: FCC Public, 2010, 2010(1) [cit. 2016-10-02]. ISSN 1210-9592. Dostupné z: http://www.odbornecasopisy.cz/res/pdf/40375.pdf
VOJÁČEK, Antonín. Integrované MEMS GYROSKOPY. In:Automatizace.hw.cz: Automatizace [online]. Praha, 2009
[cit. 2016-10-21]. ISSN: 1803-6392. Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/integrovane-mems-gyroskopy
Přílohy volně vložené
CD
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.