Muhammad al-xorazmiy nomidagi toshkent axborot texnologiyalari universiteti kompyuter Injiniring Fakulteti

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI


Kompyuter Injiniring Fakulteti
2-Amaliyot mashg’ulot
Mavzu: Motion Capture Systems Force Plates and Pressure Mats EMG Systems Integrated Motion Analysis Systems Inertial Systems
Fan: Bioinformatika va biomexanika

Topshirdi: Tojimuradov M

Qabul qildi: Sobirov M
Toshkent-2023

Abstrakt

Sanoat 4.0 ning jadal texnologik taraqqiyoti yangi sanoat jarayonlari uchun yangi vektorlarni ochib berdi, ularni amalga oshirish uchun ilg'or sezgir echimlarni talab qiladi. Vizual kameralar va inertial o'lchov birliklari (IMU) kabi harakatni suratga olish (MoCap) sensorlari robototexnika, qo'shimchalar ishlab chiqarish, masofadan ishlash va inson xavfsizligi bo'yicha echimlarni qo'llab-quvvatlash uchun tez-tez sanoat sharoitida qo'llaniladi. Ushbu sharh sanoat bilan bog'liq tadqiqotlarda MoCap texnologiyalaridan foydalanishni o'rganuvchi tadqiqotlarni sintez qiladi va baholaydi. Embase, Scopus, Web of Science va Google Scholar dasturlarida qidiruv amalga oshirildi. 2015 yildan boshlab birlamchi va ikkilamchi sanoat ilovalari bo'yicha faqat ingliz tilidagi tadqiqotlar ko'rib chiqildi. Maqolalar sifati AXIS vositasi bilan baholandi. Tadqiqotlar ishlatilgan sensorlar turiga, manfaatdor sanoat sektoriga va dastur turiga qarab tasniflangan. Tadqiqot xususiyatlari, asosiy usullari va topilmalari ham umumlashtirildi. Hammasi bo'lib 1682 ta yozuv aniqlangan va 59 tasi ushbu ko'rib chiqishga kiritilgan. Yigirma bir va 38 ta tadqiqotlar mos ravishda o'rta va past xavf-xatarlarga moyil deb baholandi. Tadqiqotlarning 40% va 70% da kameraga asoslangan sensorlar va IMUlar ishlatilgan. Qurilish (30,5%), robototexnika (15,3%) va avtomobilsozlik (10,2%) eng ko'p o'rganilgan sanoat tarmoqlari bo'ldi, sog'liqni saqlash va xavfsizlik (64,4%) va sanoat jarayonlari yoki mahsulotlarini takomillashtirish (17%) esa eng ko'p maqsadli dasturlar bo'ldi. Inertial sensorlar sanoat MoCap ilovalari uchun birinchi tanlov edi. Kameraga asoslangan MoCap tizimlari robotik ilovalarda yaxshiroq ishladi, ammo ishchilar va mexanizmlar tomonidan yuzaga kelgan kamera to'siqlari eng qiyin masala edi. Mashinani o'rganish algoritmlaridagi yutuqlar faollik va charchoqni aniqlash, shuningdek asboblar holatini kuzatish va ob'ektni aniqlash kabi ilovalarda MoCap tizimlarining imkoniyatlarini oshirishi ko'rsatildi.

Kalit so‘zlar:

salomatlik va xavfsizlik; O'IH; sanoat 4.0; harakatni kuzatish; robotni boshqarish; taqiladigan sensorlar

1.Kirish

Motion capture (MoCap) - bu kosmosdagi ob'ektlar yoki tirik mavjudotlarning harakatlarini raqamli kuzatish va qayta kodlash jarayoni. Harakatni suratga olish uchun turli texnologiyalar va texnikalar ishlab chiqilgan. Masalan, infraqizil (IR) kameralari bo'lgan kameraga asoslangan tizimlar maqsadli ob'ektga biriktirilgan retroreflektor qattiq jismlarning joylashishini uchburchak qilish uchun ishlatilishi mumkin. Chuqurlikka sezgir kameralar yorug'likni ob'ektga yo'naltirish orqali chuqurlikni yorug'lik emissiyasidan orqaga tarqaladigan yorug'likni aniqlashgacha bo'lgan vaqtni kechiktirish asosida baholashi mumkin [1]. Inertial datchiklar [2], elektromagnit maydonlar [3] va bo'g'imli tuzilmalarning nisbiy harakatlarini kuzatuvchi potansiyometrlar [4] ga asoslangan tizimlar ham mavjud. Gibrid tizimlar aniqlikni oshirish va kamera tiqilib qolishini kamaytirish uchun turli MoCap texnologiyalarini birlashtiradi [5]. Tadqiqot shuningdek, mashinani o'rganish [6], Kalman filtrlari [7], ierarxik klasterlash [8] va boshqalar kabi keng ko'lamli tahlil usullari bilan yuqori o'lchamli ma'lumotlar to'plamlarini qayta ishlash va qayta ishlashga qaratilgan.

Ko'p qirraliligi tufayli MoCap texnologiyalari keng ko'lamli ilovalarda qo'llaniladi. Sog'liqni saqlash va klinik sharoitlarda ular jismoniy kasalliklarni tashxislash va davolashda yordam beradi, masalan, bemorning motor funktsiyasini ko'rib chiqish yoki reabilitatsiya yondashuvi kerakli ta'sirni ko'rsatish uchun oldingi yozuvlarni taqqoslash orqali [9]. Sport ilovalari, shuningdek, MoCap-dan sportchilarning harakatlarini sindirish orqali sport holatining samaradorligini tahlil qilish va ish faoliyatini yaxshilaydigan o'zgartirishlar kiritish orqali foyda keltiradi [10]. Sanoat sharoitida MoCap asosan o'yin-kulgi [11] va o'yin sanoati [12] da qo'llaniladi, undan keyin robototexnika [13], avtomobilsozlik [14] va qurilish [15] sohalarida nisbatan kam sanoat ilovalari. Biroq, yuqori darajada ixtisoslashgan uskunalarga, muntazam kalibrlash tartib-qoidalariga, cheklangan suratga olish hajmlariga, noqulay belgilar yoki maxsus kostyumlarga bo'lgan ehtiyoj, shuningdek, MoCap tizimlarini o'rnatish va ishlatish uchun katta xarajatlar bunday texnologiyalarni boshqa asosiy (ya'ni, xom ashyo va energiya ishlab chiqarish) va ikkilamchi sanoat dasturlari (ya'ni, ishlab chiqarish va qurilish). Shunga qaramay, to'rtinchi sanoat inqilobi ilg'or va aqlli sezgir echimlarni talab qiladigan sanoat jarayonlarining yangi shakllarini olib keldi; MoCap texnologiyasi yanada qulayroq va arzonroq [16] va qiyin sharoitlarda qo'llanilishi [17] bo'lgani uchun uni qo'llash kengroq sanoat stsenariylari uchun yanada jozibador bo'ladi.

Sanoat texnologiyalari turli sohalarning talablarini qondirish uchun doimiy ravishda o'zgarib va rivojlanayotganligi sababli, texnologik taraqqiyotni va apparat va dasturiy ta'minotni rivojlantirishdagi yangi tendentsiyalarni kuzatish muhimdir. Oldingi sharhlar robototexnika [13], klinik terapiya va reabilitatsiya [18], kompyuter animatsiyasi [12] va sport [19] sohasidagi MoCapga qaratilgan; ammo, sanoat uchun MoCap foydalanisharizalar hali tizimli tarzda qayd etilmagan. Ushbu ishning maqsadi sanoat sharoitida turli xil tijorat va buyurtma bo'yicha MoCap yechimlarini ishlab chiqish va qo'llash haqida hisobot berish, ulardan asosan foyda ko'radigan tarmoqlarni (masalan, robototexnika va qurilish) taqdim etish va eng maqsadli ilovalarni (masalan, infratuzilma) aniqlashdir. monitoring va ishchilar salomatligi va xavfsizligi). Shu yo‘nalishda, ushbu sharh sanoatdagi MoCap yechimining imkoniyatlari (masalan, mustahkam pozani baholash) va cheklovlari (masalan, shovqin va to‘siqlar), shuningdek, ma’lumotlar tahlili va mashinani o‘rganish yechimlari bilan birgalikda foydalaniladigan ma’lumotlar haqida tushuncha berishga qaratilgan. MoCap texnologiyalari sensorlarning quvvatini oshirish, katta hajmdagi chiqish ma'lumotlarini qayta ishlashni qo'llab-quvvatlash va qaror qabul qilish jarayonlarida yordam berish.

2. Materiallar va usullar

2.1. Qidiruv strategiyasi

Ushbu tadqiqot tizimli ko'rib chiqish va meta-tahlil uchun afzal qilingan hisobot elementi (PRISMA) bayonotiga mos keldi [20]. 2020-yilning 9-martidan 16-martigacha Embase, Scopus va Web of Science maʼlumotlar bazalarida adabiyot qidiruvi oʻtkazildi. Sarlavhalar, tezislar va mualliflarning kalit soʻzlari mantiqiy operatorlardan foydalangan holda toʻrt komponentli qidiruv qatori bilan tekshirildi. Satrning dastlabki uchta komponenti AND operatorlari bilan bog'langan va harakat tahlili (masalan, biomexanika, kinematika, pozitsiya), harakatni suratga olish uchun ishlatiladigan sensorlar (masalan, IMU) va kalit so'zlar va ularning imlo o'zgarishlaridan tashkil topgan. mos ravishda sanoat muhiti (masalan, sanoat, kasb, zavod). Qatorning to'rtinchi bo'limi oldidan NO operatori mavjud bo'lib, u ushbu ko'rib chiqish maqsadlaridan ajratilgan atamalar birikmasi (masalan, jarrohlik, terapiya, sport, hayvonlar). Google Scholar shuningdek, adabiyotlarni qidirishdan bir yil oldin chop etilgan tezislardagi kalit so'zlarni tekshirish uchun ham ishlatilgan. Google Scholar dasturida va har bir maʼlumotlar bazasi qidiruvida foydalaniladigan toʻliq qidiruv qatorlari A ilovasida ham keltirilgan.

Tadqiqotlar ingliz tilida yozilgan bo'lsa va 2015 yil yanvar oyidan boshlab nashr etilgan bo'lsa, kiritish mezonlariga javob beradi. Qidiruv ham matbuotda, ham ilmiy jurnallarda yoki konferentsiya materiallarida chop etilgan maqolalarni o'z ichiga oladi. Ko'rib chiqish maqolalari va konferentsiya tezislari bu ishdan chiqarib tashlandi, chunki ular odatda ma'lumotlarni olish uchun ishlatiladigan oldindan belgilangan jadvallarning barcha elementlari haqida hisobot bermaydi. Taqqoslashning izchilligini ta'minlash uchun faqat birlamchi va ikkilamchi sanoat ilovalari uchun harakatni (ya'ni, ob'ektning joylashuvi, siljishi, tezligi yoki tezlashuvi) to'g'ridan-to'g'ri o'lchash uchun mo'ljallangan sensorlardan faol foydalanilgan tadqiqotlar kiritilgan; shu nuqtai nazardan, sanoat qo'llanilishi xom ashyo (masalan, metallar yoki qishloq xo'jaligi) qazib olish yoki tovarlarni ishlab chiqarish va yig'ish (masalan, avtomobillar yoki binolar) bilan bog'liq har qanday jarayon sifatida belgilangan. Shuning uchun, eksperimental ravishda sinovdan o'tkazilmagan kontseptsiya hujjatlari, simulyatsiyalar va oq yoqali ishchilarga (masalan, ofis yoki boshqa qo'lda bo'lmagan ishchilar) tegishli tadqiqotlarni isbotlash va chiqarib tashlash; qo'shimcha ravishda, harakatni bilvosita o'lchay oladigan datchiklarni ishlatadigan ishlar (masalan, mashinani o'rganish algoritmlari [21] bilan birgalikda elektromiyografiya (EMG)) ham olib tashlandi. Maqolalar faqat ishtirokchilarning namunaviy o'lchami (agar mavjud bo'lsa) va barcha ishlatiladigan sensorlarning turi, soni va joylashuvi haqida xabar berilgan taqdirdagina kiritiladi. Jurnal ma'ruzalariga ularning mazmuni konferentsiyaning oldingi nashrlarida ham yoritilgan taqdirda ustuvorlik berilgan; bu o'xshashlik faqat qisman bo'lgan hollarda, bir nechta nashrlar kiritilgan.

Barcha maqolalar bibliografiyalarni nashr qilish va boshqarish uchun standart dasturiy ta'minotga import qilindi va dublikatlar avtomatik ravishda o'chirildi. Ikki mustaqil sharhlovchi barcha sarlavhalar va tezislarni ko'rib chiqdi va har bir maqolani tadqiqot maqsadlariga muvofiqligi asosida belgiladi. Ikkala sharhlovchi ham oldindan belgilangan qo'shish mezonlariga mos kelmaydigan maqolalar keyingi ko'rib chiqishdan chiqarib tashlandi. Keyin qolgan maqolalar to'liq tekshirildi va har bir sharhlovchi har bir istisno qilish sabablarini ko'rsatdi. Sharhlovchilar o'rtasidagi qarama-qarshiliklar ikkala tomon ham xulosaga kelishguncha muhokama qilindi. Nihoyat, barcha tasdiqlangan maqolalar ro'yxati ilgari topilmagan tegishli maqolalarni topish uchun ko'rib chiqildi; yana bir bor, ikkala sharhlovchi ham alohida to'liq matnli skrininglarni amalga oshirdi va barcha yangi topilgan nashrlarni baholadi.

2.2. Tarafsizlik xavfini baholash
Ikkita sharhlovchi kesma tadqiqotlar uchun AXIS baholash vositasining moslashtirilgan versiyasidan foydalangan holda qarama-qarshilik xavfi va barcha ko'rib chiqilgan tadqiqotlar sifatini baholadi [22]. Asl AXIS baholash vositasining 6, 7, 13, 14, 15 va 20-savollari e'tiborga olinmadi, chunki ular sanoat ilovalariga oid tadqiqotlarda ko'pincha aniq bo'lmaydigan masalalarni baholaydi, masalan, vakillik populyatsiyalaridan namunalar olish, javob bermaslik, javob bermaslik tarafkashlik va ishtirokchilarning roziligi. AXIS roʻyxatining qolgan elementlari “ha” yoki “yoʻq” deb javob berilishi mumkin boʻlgan oʻn ikkita savolni shakllantirish uchun moslashtirilgan va har bir tadqiqotni baholash uchun barcha ijobiy javoblarni yigʻish va yakuniy ballni berish orqali foydalanilgan (1-jadval). 12. 6-dan past bo'lgan tadqiqotlar yuqori darajadagi moyillik xavfiga ega, 7 va 10 dan yuqori bo'lgan tadqiqotlar esa mos ravishda o'rta yoki past xavfli deb hisoblanadi. Ikkala sharhlovchining o'rtacha o'rganish reytinglari ham baholovchilararo baholashning izchilligini tasdiqlash uchun hisoblab chiqilgan.


1-jadval. Oʻzgartirilgan AXIS vositasining xavf va sifatni baholash savollari.


2.3. Ma'lumotlarni chiqarish
Ko'rib chiqilgan barcha maqolalardan ma'lumotlar har bir sharhlovchi tomonidan oldindan belgilangan jadvallar yordamida mustaqil ravishda olingan. Ma'lumotlarning izchil to'planishini ta'minlash uchun jamlangan jurnal ma'lumotlari har ikki tomon tomonidan muntazam ravishda kuzatib borildi. Mualliflarning ismlari, nashr etilgan yili, namuna oʻlchami, sensorning joylashuvi (toʻla: mashina, yuqori, pastki yoki toʻliq korpus), foydalanilgan barcha sensorlar soni va turlari (masalan, IMU yoki kameralar), ikkilamchi tekshirish tizimlari (mavjud boʻlsa) va asosiy topilmalar hammasi qayd etilgan. Tegishli keng maqsadlarga ko'ra, barcha ko'rib chiqilgan maqolalar ishchilarning sog'lig'i va xavfsizligini ta'minlash (masalan, postural baholash, tayanch-harakat a'zolarining shikastlanishini oldini olish, sayohatlar va yiqilishlarni aniqlash), ishchilarning mahsuldorligini bevosita oshirishga qaratilganligi asosida to'rt guruhga ajratildi. (masalan, ishchilarning joylashuvi va yurish yo'lini tahlil qilish), mashinalar monitoringi va sifatini nazorat qilish (masalan, kesish asboblarini tekshirish) yoki sanoat jarayonini yaxshilash (masalan, gibrid yig'ish tizimlari) yoki mahsulot dizayni (masalan, avtomobil) o'rindiqlar). Agar ish bir nechta toifaga kirsa [23] (masalan, sog'liq va xavfsizlik va ishchilarning mahsuldorligi), qog'oz eng mashhur toifaga ajratilgan. Bundan tashqari, to'g'ridan-to'g'ri foyda oluvchi sanoat sektori qayd etilgan (masalan, qurilish, aerokosmik, avtomobilsozlik yoki energetika); keng tarqalgan qo'llash misolida, tegishli maqola "umumiy" deb belgilandi. Mashinani o'rganishni qo'llagan tadqiqotlar qo'shimcha ravishda foydalanilgan algoritm, kirish ma'lumotlari turi, o'quv ma'lumotlar to'plami, chiqish va ishlash bilan birga qayd etildi.
3. Natijalar
3.1. Qidiruv natijalari
Ma'lumotlar bazasini qidirish natijasida 1682 ta yozuv topildi (1-rasm). Takroriy nusxalar (n = 185) olib tashlanganidan so'ng, 1497 ta maqolaning sarlavhalari, kalit so'zlari va tezislari ko'rib chiqildi va 1353 ta yozuv kiritilish mezonlariga javob bermaganligi sababli chiqarib tashlandi. Qolgan maqolalar (n = 144) muvofiqligi uchun baholandi va 47 ta maqola yakuniy tahlilda saqlanib qoldi. Tegishli maqolalar ro'yxatini tekshirgandan so'ng yana 12 ta yozuv qo'shildi, bu esa kiritilgan tadqiqotlarning umumiy sonini 59 taga yetkazdi. 2015 yilda har yili 2016 yildan 2018 yilgacha va 2019 yilda mos ravishda to'rtta, 13 va 16 ta yozuvlar nashr etilgan. tadqiqot hamjamiyatining mavzuga qiziqishi ortib bormoqda.