Розроблення та дослідження інтелектуального пристрою запобігання сутулості
Автор: Штиков Костянтин Ваггелійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проєктування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Штиков К. В., Яворський Н. Б. (керівник). Розроблення та дослідження інтелектуального пристрою запобігання сутулості. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація Проблематика порушень постави, зокрема сутулості, набула особливої актуальності в умовах сучасної професійної діяльності, що характеризується тривалим перебуванням людини в сидячому положенні та високим рівнем когнітивного навантаження. Обмежена рухова активність і статичне навантаження на опорно-руховий апарат призводять до поступового формування нефізіологічних положень тіла, які на ранніх етапах часто залишаються непоміченими користувачем і з часом трансформуються у стійкі функціональні порушення. Традиційні профілактичні підходи, засновані на рекомендаціях щодо ергономіки робочого місця або усвідомленому самоконтролі, не забезпечують достатньої ефективності через відсутність безперервного об’єктивного зворотного зв’язку та залежність від самодисципліни людини Об’єктом дослідження є процес контролю положення тіла людини під час тривалої роботи в сидячому положенні. Предметом дослідження є методи та засоби побудови інтелектуального мікроконтролерного пристрою для автоматизованого виявлення та попередження сутулості на основі інерціальних вимірювань. Ключовим у роботі є застосування інерціальних сенсорів, які дають змогу безпосередньо оцінювати просторову орієнтацію сегментів тіла незалежно від умов освітлення, конфігурації робочого місця та зовнішніх чинників, характерних для візуальних або контактних методів контролю. Метою роботи є розроблення та дослідження інтелектуального пристрою запобігання сутулості на основі мікроконтролерної платформи та інерціального сенсорного модуля, здатного в автоматичному режимі виявляти стійкі відхилення положення тіла від індивідуально визначеного базового стану та формувати відповідний зворотний зв’язок для користувача. Для досягнення поставленої мети виконано аналіз сучасних підходів до контролю постави, визначено їх обмеження, обґрунтовано вибір сенсорної технології та апаратної платформи, а також розроблено структурну архітектуру системи і алгоритм обробки інерціальних даних У роботі запропоновано порогово-часовий алгоритм аналізу інерціальних вимірювань, який, на відміну від класичних порогових методів, враховує не лише величину кутового відхилення, а й тривалість його утримання. Такий підхід дозволяє ефективно відокремлювати короткочасні природні рухи від стійких нефізіологічних положень і зменшувати ймовірність хибних спрацювань. Додатково реалізовано відносну модель оцінювання орієнтації з фіксацією індивідуального базового положення, що забезпечує адаптацію системи до анатомічних особливостей користувача та неточностей розміщення сенсорного модуля. Апаратна реалізація прототипу виконана на базі мікроконтролерної платформи ESP32 з використанням інерціального модуля MPU6050. Така конфігурація забезпечує достатню обчислювальну продуктивність для обробки даних у реальному часі, підтримку бездротової взаємодії та можливість подальшого функціонального розширення. Програмне забезпечення реалізує алгоритми згладжування вимірювань, аналізу просторово-часових ознак та керування механізмами зворотного зв’язку, орієнтованими на ненав’язливу корекцію поведінки користувача У ході функціональної перевірки прототипу підтверджено його здатність стабільно виявляти стійкі відхилення постави в типових режимах використання та коректно реагувати на зміну положення тіла. Отримані результати свідчать про доцільність застосування інерціальних методів у задачах автоматизованого контролю постави та формують підґрунтя для подальшого розвитку системи, зокрема із застосуванням алгоритмів машинного навчання на платформі Edge Impulse. Практичне значення роботи полягає у створенні функціонального прототипу інтелектуального пристрою запобігання сутулості, який може бути використаний як основа для подальших досліджень, удосконалення носимих систем контролю постави, а також у навчальних і прикладних проєктах у галузі мікроконтролерних технологій та ергономіки робочого середовища Ключові слова: контроль постави, інерціальні сенсори, акселерометр, гіроскоп, ESP32, MPU6050, мікроконтролерні системи, зворотний зв’язок. Перелік використаних літературних джерел. 1. Maier A., Sharp A., Vagapov Y. Low-cost Body Posture Monitoring System for Prevention of Musculoskeletal Disorders. 2019 IEEE International Conference on Internet of Things and Intelligence System (IoTaIS). Bali, 2019. P. 138–142. 2. NXP Semiconductors. UM10204: I2C-bus specification and user manual. Rev. 6. Eindhoven: NXP B.V., 2014. 64 p. 3. Pedley M. Tilt Sensing Using a Three-Axis Accelerometer. Freescale Semiconductor Application Note AN3461. 2013. 4. Lyons R. G. Understanding Digital Signal Processing. 3rd ed. Prentice Hall, 2010. 992 p. 5. Madgwick S. O. H. An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays. Report x-io and University of Bristol (UK), 2010. 32 p.