Sviluppo di prototipi low-cost per la misura di alcuni parametri spazio-temporali del passo.

The purpose of this PhD thesis has been the study and the realization of a low cost system for the automatic analysis of the spatial-temporal parameters of gait. The system consists of a PC, a webcam and from one to three smartphones, based on the Android operating system; smartphones were used primarily as acceleration sensors for measuring time, and the webcam has been used for spatial measurements. The system software guides the user throughout the process of data acquisition and processing, allowing the display of signals in both real-time and during processing; other support functions have been implemented such as accelerometer and camera calibration and to display data in 3D. The system works in a completely automatic way. In the realization of the system the first phase has been the development of a basic software platform, on which to install different applications for different types of movement that is intended to study. The second stage was the development of various applications to study gait in various situations which are: • Timed Up and Go protocol, measuring the times needed to stand up from a chair, to walk for three meters, to turn, to come back, and to sit down; • Measurement of length, width and duration of steps for a person walking on the floor using colored reflective markers; • Measurement of length, width and duration of steps for a person walking on a treadmill using reflective markers colored; • Measurement of length, width and duration of steps for a person walking on a treadmill without using markers; • Simultaneous acquisition of points in 3D space relative to moving body segments, by means of linear lasers.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato lo studio e la realizzazione di un sistema di basso costo per l’analisi automatica dei parametri spazio-temporali del cammino. Il sistema è costituito da un PC, una webcam e da uno a tre smartphone, basati su sistema operativo Android; gli smartphone sono stati usati essenzialmente come sensori accelerometrici per misure temporali, mentre la webcam ha permesso misure spaziali. Sul Pc è stato realizzato un software che guida l’utilizzatore nel processo di acquisizione ed elaborazione dei dati, permettendo la visualizzazione dei segnali sia in real-time che durante le fasi di elaborazione; sono state implementate inoltre altre funzioni di supporto come la calibrazione del sistema accelerometrico e della webcam e la visualizzazione dei dati in 3D. Il sistema provvede autonomamente a tutte le fasi, dall’acquisizione all’elaborazione, pertanto nessun software esterno è richiesto per effettuare ulteriori elaborazioni. Nella realizzazione del sistema la prima fase è stato lo sviluppo di una piattaforma software di base, su cui installare diverse applicazioni per i diversi tipi di movimento che si intendeva studiare. La seconda fase è stata la realizzazione di varie applicazioni sulla piattaforma per studiare diverse situazioni connesse al cammino che sono: • Protocollo Timed Up and Go, misura dei tempi di alzata da una sedia, percorrenza di 3m, rotazione, ritorno e seduta; • Misura di lunghezza, larghezza e durata di passo per un soggetto che cammina su pavimento utilizzando markers riflettenti colorati; • Misura di lunghezza, larghezza e durata di passo per un soggetto che cammina su tapis-roulant utilizzando markers riflettenti colorati; • Misura di lunghezza, larghezza e durata di passo per un soggetto che cammina su tapis-roulant senza utilizzare markers; • Acquisizione contemporanea di punti nello spazio 3D, relativi all’intersezione del corpo in movimento con dei piani di luce laser paralleli al suolo, per misurare le successive posizioni nello spazio del tronco inferiore.