Using a RoboJc Arm to Assess the Variability of MoJon - - PowerPoint PPT Presentation

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Oct 08, 2022 181 likes •308 views

Graduate School of Information Science in Health Technische Universitt Mnchen Oral presentation at MIE 2011 Using a RoboJc Arm to Assess the Variability of MoJon Sensors Lukas

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Technische ¡Universität ¡München ¡ Graduate School of Information Science in Health

MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡

Using ¡a ¡RoboJc ¡Arm ¡to ¡Assess ¡the ¡ Variability ¡of ¡MoJon ¡Sensors

Lukas ¡Gorzelniaka,b,, ¡André ¡Diasc, ¡Hubert ¡Soyerd, ¡Alois ¡Knollb, ¡Alexander ¡Horscha,c ¡

aIns$tut ¡für ¡Medizinische ¡Sta$s$k ¡und ¡Epidemiologie, ¡Technische ¡Universität ¡München, ¡Munich, ¡Germany bIns$tut ¡für ¡Epidemiologie, ¡Helmholtz ¡Zentrum ¡München, ¡Munich, ¡Germany cComputer ¡Science ¡Department, ¡University ¡of ¡Tromsø, ¡Tromsø, ¡Norway ¡ dFakultät ¡für ¡Informa$k, ¡Technische ¡Universität ¡München, ¡Munich, ¡Germany ¡ eIns$tut ¡für ¡Informa$k ¡VI, ¡Technische ¡Universität ¡München, ¡Munich, ¡Germany ¡

¡

Lukas ¡Gorzelniak ¡ Oslo, ¡ ¡August ¡30, ¡2011

Oral presentation at MIE 2011

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Technische ¡Universität ¡München ¡ Graduate School of Information Science in Health

MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡

IntroducJon

  • Accelerometers ¡are ¡increasingly ¡used ¡in ¡

medical ¡research ¡ ¡

¡

  • Which ¡device ¡should ¡be ¡purchased? ¡ ¡

– Devices ¡vary ¡in ¡design, ¡weight, ¡technical ¡ specificaJons ¡ ¡ – Parameters ¡the ¡devices ¡can ¡assess ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ (proprietary ¡vs. ¡raw ¡data) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

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MoJvaJon

  • Assessment ¡of ¡technical ¡device ¡reliability ¡is ¡

crucial ¡for ¡outcome ¡assessment ¡

– Jiigs ¡or ¡shakers ¡ – VibraJon ¡tables, ¡rotaJng ¡turntables ¡or ¡wheel ¡setups ¡ ¡ – Proprietary ¡data ¡hinders ¡a ¡comparison ¡of ¡monitors ¡ ¡ – Experiments ¡comparing ¡sensors ¡from ¡different ¡ manufactures ¡to ¡each ¡other ¡are ¡lacking ¡

  • Assessment ¡of ¡validity ¡ ¡

– Indirect ¡calorimetry, ¡doubly ¡labeled ¡water ¡ ¡

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Goal

  • Can ¡we ¡use ¡an ¡industrial ¡robot ¡to ¡compare ¡

inter-­‑device-­‑variability ¡by ¡repeated ¡precise ¡ sequences ¡of ¡movement? ¡ ¡

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Accelerometers

  • 11 ¡RT3

¡ ¡(Stayhealthy, ¡Monroiva, ¡CA) ¡

– Triaxial ¡accelerometer ¡ ¡ – 7.1×5.6×2.8 ¡cm³, ¡65.2 ¡g ¡ – 10 ¡Hz, ¡128 ¡KB ¡ ¡

  • 5 ¡ ¡GT3X

¡ ¡(AcJgraph, ¡LLC, ¡Pensacola ¡FL) ¡

– Triaxial ¡accelerometer ¡ – 3.8×3.7×1.8 ¡cm³, ¡27 ¡g ¡ – 30 ¡Hz, ¡4 ¡MB ¡ – Micro-­‑electromechanical ¡system ¡(MEMS) ¡

  • 5 ¡GT1M

¡ ¡(AcJgraph, ¡LLC, ¡Pensacola ¡FL) ¡

– Biaxial ¡accelerometer ¡ – 30 ¡Hz, ¡1 ¡MB ¡ ¡ ¡

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Experiment ¡Setup

  • Industrial ¡robot ¡ ¡

– Tx90 ¡(Stäubli ¡RoboJcs) ¡ ¡ – 6 ¡degrees ¡of ¡freedom ¡ ¡ – Movement ¡repeatability ¡of ¡+-­‑0.03mm ¡ ¡ – Movement ¡was ¡started ¡manually ¡ ¡

  • Accelerometer ¡iniJalizaJon ¡

– 1 ¡second ¡epoch ¡recordings ¡ ¡ – Vector ¡Magnitude ¡Units ¡ – Devices ¡consecuJvely ¡mounted ¡on ¡robot ¡ ¡

  • MoJon ¡sequence ¡at ¡two ¡different ¡speeds ¡ ¡

– Three ¡repeated ¡moJon ¡sequences ¡along ¡single ¡axes ¡ – Three ¡repeated ¡moJon ¡sequences ¡along ¡mulJple ¡axes ¡ ¡

¡ ¡

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Results

Sensor #Values VMU SD MAX Noise ¡SD S/N-­‑ ¡Ra6o

I ¡RT3 ¡ ¡ 124 6,35 6,95 27,39 2,20 2,88 II ¡RT3 ¡ 140 6,81 ¡ 7,09 32,50 4,61 1,48 III ¡RT3 ¡ 138 5,36 6,59 31,40 2,00 2,68 IV ¡RT3 ¡ 118 4,46 6,78 37,00 0,00

  • ­‑

V ¡RT3 ¡ 136 5,93 7,83 46,17 3,20 1,85 VI ¡RT3 ¡ 137 4,73 5,93 31,13 1,34 3,53 VII ¡RT3 ¡ 129 4,12 6,96 43,46 4,80 0,86 VIII ¡RT3 ¡ 138 5,65 7,61 29,77 2,98 1,90 IX ¡RT3 ¡ 119 4,44 6,39 29,00 2,32 1,91 X ¡RT3 ¡ 139 4,87 6,57 41,23 3,71 1,31 XI ¡RT3 ¡ 130 5,65 6,56 35,00 3,48 1,62 I ¡GT1M ¡ ¡ 135 7,14 14,56 58,00 0,00

  • ­‑

II ¡GT1M ¡ 134 7,13 16,88 82,00 0,00

  • ­‑

III ¡GT1M ¡ 133 6,85 14,35 62,00 0,00

  • ­‑

IV ¡GT1M ¡ 133 7,08 14,71 73,00 0,00

  • ­‑

V ¡GT1M ¡ 136 7,43 14,95 57,58 0,00

  • ­‑

I ¡GT3X ¡ ¡ 134 11,01 18,76 75,00 0,00

  • ­‑

II ¡GT3X ¡ 134 10,34 17,47 67,00 0,00

  • ­‑

III ¡GT3X ¡ 134 10,60 18,86 78,00 0,00

  • ­‑

IV ¡GT3X ¡ 134 10,91 19,68 69,00 0,00

  • ­‑

V ¡GT3X ¡ 134 10,97 18,55 70,00 0,00

  • ­‑
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Results

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Results

  • VMU ¡output ¡differs ¡in ¡co-­‑domain ¡or ¡due ¡to ¡different ¡

numbers ¡of ¡measurement ¡axes ¡ ¡

  • Highest ¡acceleraJons ¡were ¡recorded ¡with ¡the ¡GT3X ¡
  • The ¡RT3 ¡monitors ¡had ¡a ¡greater ¡inter-­‑unit-­‑variability ¡

(40 ¡± ¡24%) ¡compared ¡to ¡the ¡GT1M ¡(8 ¡± ¡15%) ¡and ¡the ¡ GT3X ¡(6 ¡± ¡11%) ¡

  • MoJon ¡was ¡conJnuously ¡recorded ¡during ¡breaks ¡

without ¡movement ¡in ¡the ¡RT3 ¡ ¡

  • Except ¡for ¡one ¡device, ¡all ¡RT3 ¡accelerometers ¡showed ¡

non-­‑zero ¡values ¡for ¡the ¡noise ¡standard ¡deviaJon ¡

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Conclusion ¡and ¡Discussion

  • Experiments ¡with ¡a ¡roboJc ¡arm ¡were ¡possible ¡
  • The ¡RT3 ¡devices ¡produced ¡a ¡higher ¡noise ¡raJo ¡

and ¡we ¡found ¡a ¡greater ¡inter-­‑unit-­‑variability ¡ compared ¡to ¡the ¡AcJGraph ¡accelerometers ¡

  • Study ¡limitaJons: ¡ ¡

– VibraJon ¡of ¡the ¡table ¡ ¡ – Data ¡from ¡the ¡robot ¡was ¡not ¡recorded ¡ ¡ – SynchronizaJon ¡burden ¡ ¡ ¡

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Acknowledgements

¡We ¡thank ¡the ¡Graduate ¡School ¡of ¡InformaJon ¡ Science ¡in ¡Health ¡(GSISH) ¡at ¡TUM ¡for ¡the ¡ project ¡support ¡and ¡sponsorship.

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Thank ¡you ¡for ¡your ¡aDenJon!

Any ¡QuesJons?

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Contact: ¡ ¡Lukas ¡Gorzelniak, ¡Dipl.-­‑Inform. ¡Med. ¡ ¡ lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Tel: ¡+49 ¡89 ¡4140 ¡4357 ¡