Ontwikkeling van een accurate en robuuste draagbare sensor (footswitch) voor detectie voetcontact en loskomen van de voet bij klinische ganganalyse

Probleemstelling:

Bij analyse van looptechniek, klinische ganganalyse (vb. nagaan van afwijkend gangpatroon), enzovoort, maakt men gebruik van motion capture aparatuur om de kinematica van de lichaamssegmenten te registreren. Behalve een kinematisch registratiesysteem heeft men meestal ook een systeem nodig dat detecteert wanneer de voet de grond raakt en terug loskomt om de kinematische tijdsreeksen van verschillende proefpersonen of condities temporeel gelijk te kunnen zetten en te kunnen vergelijken.

De gouden standaard om dit te meten is een krachtmeetplatform. Nadeel is dat de proefpersonen hier exact op moeten landen wat niet altijd het geval is. Verder zijn loopbanden met een krachtmeetplatform nog geen gemeengoed. Video beelden hebben het nadeel dat het niet gemakkelijk is om geautomatiseerd voetcontact te detecteren. Drukgevoelige inlegzolen zijn voorlopig nog zeer slijtagegevoelig en hebben het nadeel van overbodige complexiteit om alleen de aan- of afwezigheid van voetcontact te bepalen.

Omwille van deze redenen is er in de biomechanica community een vraag naar een accuraat en robuust sensor voor detectie van voetcontact die steeds terugkomt. In de literatuur vinden we hiervoor systemen gebaseerd op krachtgevoelige schakelaars, krachtgevoelige resistors, capacitieve en piezoelectrische elementen die op oordeelkundig gekozen zones van de voet geplaatst worden. Nadelen die hier rond geformuleerd worden zijn beperkte slijtagebestendigheid, het feit dat de resultaten afhankelijk zijn van de plaatsing van de sensoren op de voet. De fout die gerapporteerd wordt ligt meestal rond de 40 ms wat aanzienlijk is.

Verder bestaan er ook meer complexe systemen die gebruik maken van een algoritme op basis van een combinatie van sensoren (krachtgevoelige sensoren, gyroscopen, accelerometers, …) [1] om voetcontact te detecteren.

Doelstelling:

Het streefdoel van dit project is het ontwerpen van een sensor voor voetcontact die beter scoort dan modellen beschreven in de literatuur voor slijtagebestendigheid en nauwkeurigheid. Verder is het de bedoeling om zich hierbij enerzijds te baseren op de specifieke technologieën van het CMST (vb. het inbedden van elektronica in slijtagebestendige en rekbare textiel) en anderzijds op normatieve data in verband met het verloop van de voetafrol bij lopen afkomstig van de vakgroep bewegings- en sportwetenschappen[6].

 

Op basis van een eerste brainstorm zijn er drie mogelijke ontwerpen voorgesteld:

- Een drukgevoelige inlegzool

- Een drukgevoelige folie die op de buitenzool geplaatst wordt (dit heeft mogelijks het voordeel dat er geen vals contact gedetecteerd doordat de voet door de veters tegen de binnenzool gedrukt wordt).

- Inbouwen in de schoenzool zelf.

In eerste instantie zou het de bedoeling zijn om voetcontact bij lopen aan constante snelheid te bepalen. Aan de hand van normatieve data van een grote populatie van lopers kunnen hierbij bepaalde zone’s in de voet afgebakend waar initieel of laatste contact plaatsvinden en dus voetcontact moet geregistreerd worden. De resterende zone’s kunnen gebruikt worden om ondersteunende componenten in te bouwen (vb. batterij, processor, draadloze zender, …).

 

Eenmaal het ontwerp gebouwd is dan kan dit gevalideerd worden bij testen in een meetopstelling op de vakgroep bewegings- en sportwetenschappen.

Dit onderwerp werd aangeboden als HOP project in academiejaar 2012-2013. Deze thesis bouwt verder op de eerste ontwikkelingen binnen het HOP project.


Trefwoorden:

sensoren, elektronica, analoog, digitaal, draagbaar, sport

Locatie:

Ardoyen CMST + thuis.