Smart vest for postural monitoring and ergonomic risk assessment

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cerqueira, Sara Maria Brito Araújo
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/77506
Resumo: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica (Ramo Eletrónica Médica)
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spelling Smart vest for postural monitoring and ergonomic risk assessmentErgonomic Risk AssessmentPosture MonitoringBiofeedbackWRMSDsAnálise do risco ergonómicoMonitorização da PosturaBiofeedbackLMERTEngenharia e Tecnologia::Engenharia MédicaDissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica (Ramo Eletrónica Médica)The costs associated with Work-Related Musculoskeletal Disorders (WRMSDs) are estimated at approximately 0.5% to 2% of the Gross Domestic Product. Additionally, severe WRMSDs can result in permanent disability and, consequently, preclude the workers’ return to their work and/or limit their daily lives. The body parts with higher reported injuries are the back, shoulders, and neck. In fact, about 30.7% of the Portuguese working population manifest backache. To reduce the exposure of workers to hazardous environments and tasks, ergonomists and engineers have been putting their efforts into developing Risk Assessment methods for quantification of the risk of WRMSDs. However, at a time where industry 4.0. is emerging along with the Human-Cyber-Physical Systems (H-CPPS), ergonomists still commonly evaluate this exposure based on observational methods, which are highly dependent on the analyst expertise, diminishing repeatability, precision, and objectiveness. Within this framework, this dissertation presents the development of a solution that aims at empowering operators with posture awareness and ergonomists with objective data from the workers’ tasks. To accomplish such solution, a product design inspired methodology was followed, which comprised steps such as literature review, requirements gathering, system idealization, and prototyping. The developed system consists of a smart vest with 6 IMUs located along the spine (vertebrae S1, T12, and T4), both upper arms and the back of the head for acquisition of upper body postural information. Along with the sensory system, an actuation system, composed by 4 vibrotactile motors placed at the lumbar, cervical and both arms, was added aiming for a localized and effortless biofeedback strategy. All acquired data is saved on a USB Pen driver and can be accessed and analyzed using a graphical interface developed in MATLAB®. System testing revealed a maximum autonomy of 12h20 hours, and a RSME of the angle measurement of 3.1%, in relation to the full movement range. Validation experiments with the smart garment were conducted with 5 participants. The results showed a reduction in the ergonomic risk level between trials without biofeedback and with biofeedback. Additionally, it was observed that the developed graphical interface allows a fast overview of the risk level of data and the time analysis of each upper body part of the user in both sagittal and coronal planes. The usability of this interface was tested with 6 engineering students. As future work, validation in an industrial context, hardware, and software improvements, and a rehabilitation approach are pointed out.Os custos associados a Lesões Musculoesqueléticas Relacionadas com o Trabalho (LMERT) são estimadas em cerca de 0.5% a 2% do Produto Nacional Bruto (PIB). LMERTs graves podem resultar em incapacidade permanente e, consequente, impedir que o trabalhador regresse ao seu trabalho e/ou limitar o seu dia-a-dia. As partes do corpo com maior relato de lesões são as costas, ombros e pescoço. Para reduzir a exposição dos trabalhadores a ambientes e tarefas perigosas, métodos para a avaliação do nível de risco ergonómico tem vindo a ser desenvolvidos. No entanto, numa altura em que o emerge o conceito de indústria 4.0 e de Human-Cyber-Physical Systems (H-CPPS), a avaliação do risco ergonómico continua a ser realizada através de métodos observacionais, altamente dependentes da experiência do ergonomista e, consequentemente, possuem baixa repetibilidade, precisão e objetividade. Neste âmbito, a presente dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução que objetiva providenciar consciência da sua postura aos operadores e dados objetivos aos ergonomistas, relativos às tarefas diárias dos trabalhadores. Para atingir este fim, foi seguida uma metodologia inspirada em design de produto que compreendeu etapas tais como revisão de literatura, levantamento de requerimentos, idealização do sistema e prototipagem do mesmo. O sistema desenvolvido consiste num colete instrumentado com 6 unidades de medida inerciais localizadas ao longo da coluna (nas vertebras S1, T12 e T4), ambos os braços superiores e na parte traseira da cabeça, necessários para adquirir a informação postural da parte superior do corpo do utilizador. Para além da tecnologia sensorial, foi adicionado um sistema de atuação que compreende 4 motores vibráteis, colocados na zona da cervical, lombar e braços, objetivando providenciar ao utilizador uma experiência de biofeedback localizado e com o menor esforço cognitivo possível. A informação é guardada numa Pendriver USB, cujos dados podem ser acedidos e analisados através de uma interface desenvolvida em MATLAB® Os testes ao sistema revelaram uma autonomia máxima de 12 horas e 20 minutos e um RSME na medida dos ângulos de 3.1%, em relação à amplitude do movimento medida. Testes de validação foram realizados com 5 sujeitos, onde foram observadas reduções no nível de risco ergonómico entre trials sem e com biofeedback. Ademais, a interface gráfica desenvolvida permite uma análise global e rápida do nível de risco dos dados e uma análise temporal da postura do utilizador em dois planos de movimento. A usabilidade da aplicação foi testada com 6 estudantes de engenharia. Como trabalho futuro aponta-se a validação em contexto industrial, melhorias de hardware e software e endereçar uma abordagem de reabilitação.Silva, Alexandre Ferreira daUniversidade do MinhoCerqueira, Sara Maria Brito Araújo20192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/77506por202551628info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:12:19Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/77506Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:04:13.884556Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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