Sistema de avaliação de acelerações no centro de massa de indivíduos em caminhada utilizando sensores inerciais

Abstract

A avaliação da posição do centro de massa (CM) de indivíduos tem diversas aplicações como monitoramento do equilíbrio, avaliação dos níveis de aceleração e vibrações, correções posturais de deficientes amputados e idosos, e identificação de padrões de caminhada. Além da posição do CM, a avaliação dos níveis de aceleração neste ponto é de interesse, principalmente para o correto modelamento biodinâmico ao avaliar a interação humana com estruturas flexíveis. Sistemas atuais que avaliam este parâmetro com base em acelerômetros, muitas vezes o fazem usando apenas um único sensor externo, o que pode levar a erros nas medições. Neste trabalho é proposta e realizada a construção de um protótipo para avaliar a vibração em indivíduos caminhando, levando em conta correções do movimento do acelerômetro e da correta posição do centro de massa individual. Foi desenvolvido um código em Arduino para aquisição das acelerações com sensores inerciais. Validações experimentais do sistema são feitas com o objetivo de validar a proposta. Ao final, com base em medições reais em indivíduos caminhando conclui-se que o sistema permitiu avaliar com acurácia as acelerações no centro de massa nestas condições sendo possível identificar, pelo espectro de frequências dos sinais medidos, a taxa de passos desenvolvida durante a caminhada.

The assessment of the position of the center of mass CM of individuals has several applications such as balance monitoring, evaluation of acceleration and vibration levels, postural corrections of disabled amputees and elderly, and identification of walking patterns. In addition to the GC position, the assessment of acceleration levels at this point is of interest, especially for correct biodynamic modeling when assessing human interaction with flexible structures. Current systems that evaluate this parameter by accelerometers often do so using only a single external sensor, which can lead to errors in measurements. This work presents the design of a prototype to evaluate the vibration in walking individuals, taking into account corrections of the movement of the accelerometer and also the correct position of the individual center of mass. Software based on the Arduino platform and inertial sensors are developed and used for this work. Experimental bench validations of the system are performed with the aim to validate the proposal. At the end, based on actual measurements on walking individuals, it is concluded that the system allows to accurately assess accelerations in the center of mass of individuals in this situation and in addition, using the vibration spectral data, to evaluate the walking pacing rate.