Sviluppo di un prototipo per il riconoscimento delle fasi del passo utilizzando laser time of flight

The aim of this thesis is to design a wearable, economical and practical system capable of detecting the steps of the gait cycle using laser time of flight sensors. VL53L0X boards were used and were positioned near the lateral malleolus in such a way as to detect the movement of the foot during walking, in particular the distance from the ground of the toe and heel. From the measured distance data, it was possible to develop an algorithm capable of recognizing the heel strike and toe off phases of a walk performed wearing the structure containing the two laser sensors. The system created was validated on 10 subjects (2 women and 8 men) using Footswitch sensors © Cometa S.r.l (Italy). Comparing the two methodologies examined, correlations are visible in the recognition of phases with the exception of some steps in which significant discrepancies are observed that could be caused by the movement of the prototype during the walk or by a different foot trend that does not allow the algorithm to accurately recognize the step phase; more analyzes should be performed to study and understand the exact cause. The developed prototype can be seen as a beginning for the creation of an innovative and wearable device for gait analysis.

L‘obiettivo di questo lavoro di tesi è progettare un sistema indossabile, economico e pratico in grado di rilevare le fasi del ciclo del passo utilizzando sensori laser time of flight. Sono state utilizzate le schede VL53L0X e posizionate in prossimità del malleolo laterale in maniera tale da rilevare il movimento del piede durante la camminata, in particolare la distanza dal terreno della punta e del tallone. Dai dati di distanza misurati è stato possibile sviluppare un algoritmo in grado di riconoscere le fasi di attacco e stacco di una camminata eseguita indossando una struttura contenente i due sensori laser. Il sistema realizzato è stato validato su 10 soggetti (2 donne e 8 uomini) utilizzando i sensori Footswitch © Cometa S.r.l (Italia). Confrontando le due metodologie prese in esame, sono visibili delle correlazioni nel riconoscimento delle fasi, ad eccezione di alcuni passi in cui si osservano delle discrepanze significative che potrebbero essere causate dal movimento del prototipo durante il cammino o da un andamento del piede leggermente differente che non ha permesso all’algoritmo di riconoscere con precisione la fase del passo; bisognerebbe eseguire maggiori analisi per studiare e capire la causa esatta. Il prototipo sviluppato può essere ritenuto un inizio per la creazione di un dispositivo innovativo e indossabile per l’analisi del cammino.