Kinect-based physical pain prevention system for office/home use

Abstract

Mehrere Forschungen zeigen, dass übermäßige Sitzen vor dem Computer dazu führen kann, dass die Nacken-, Schulter-, Handgelenk- und Rückenschmerzen entstehen. Solche Erkrankungen werden unter dem Begriff "Muskel-und Skeletterkrankungen" (MSD) zusammengefasst. Rehabilitationssysteme für solche Probleme sind vorhanden, aber eine lohnendere Lösung wäre Prävention durch der Übung. Deshalb wird in dieser Arbeit ein System zur Verhinderung von Schmerzen vorgestellt. Die wichtigste Herausforderungen bei der Entwicklung und Gestaltung von solchen Systemen sind wie die BenutzerInnen zu üben zu motivieren, und wie die Bewegungen zu verfolgen, so dass Feedback zurückgegeben sein kann. Laut Fachärzte für Physikalische und Rehabilitative Medizin und Physiotherapeuten, diese Gruppe von Erkrankungen könnte durch regelmäßig wiederholte Übungen verhindert werden, nur wenn die Büroangestellte motiviert werden könnten. Das hier vorgestellte System umfasst einen virtuellen Agent, der eine Führung und einen Übungspartner für die BenutzerInnen darstellt. Der integrale Bestandteil des Systems ist der Kinect-Sensor von Microsoft, der die Bewegungsverfolgung ermöglicht. Virtuelle Agenten sollten die BenutzerInnen daran erinnern, wann und wie viel zu üben. Dabei wird der Kinect-Sensor verwendet, um die Bewegungen zu verfolgen und Rückmeldungen über die Richtigkeit der durchgeführten Übungen zu geben. Während des Gestaltungsprozesses wurde der User Centered Design (UCD) Ansatz angewendet. Die Interviews und ständige Einbeziehung der BenutzerInnen machte es möglich, das Design an die Bedürfnisse der NutzerInnen anzupassen. Das resultierende System bietet genaue Navigation und Führung während der Ausführung von Übungen durch die Visualisierung des Benutzers auf dem Bildschirm und Anzeigen von den statischen Punkten, durch die die Bewegungen durchgeführt werden müssen. Die Anzahl der falschen Bewegungen wurde dadurch drastisch verringert. Darüber hinaus wurde das System nicht nur von den BenutzerInnen positiv bewertet, sondern auch von Physiotherapeuten, die auch glauben, dass diese Art von System ihre Arbeit erleichtern und Schmerzen großenteils verhindern kann. Die "In-Situ Deployment" wurde ebenfalls durchgeführt und das Feedback von dem Benutzer wurde einbezogen. Hauptfeststellung ist daher, dass durch die Verwendung des Kinects und die Bereitstellung der richtigen visuellen Rückmeldung, die Gestaltung eines Systems für Prävention von Schmerzen möglich ist. Künftige Arbeit würde eine gründlichere Auswertung und Erweiterung von Funktionen umfassen.

Recent research indicates that excessive sitting in front of computer and inactivity in general, can cause neck, shoulder, wrist and back pain. Such disorders are summarized under the term musculoskeletal disorders (MSD). Rehabilitation systems and programs for such problems are available, but a more rewarding solution for employers and office workers would be prevention through exercising. Therefore in this thesis a system for prevention of MSD-related pains is presented. Two key challenges when developing and designing such system are how to motivate users to exercise and how to track motion for feedback purposes. According to physical medicine specialists and physiotherapists, if office workers could be motivated to regularly perform exercises this group of disorders could effectively be prevented. The system presented here incorporates a simple virtual agent which represents a guide and an exercise partner for a user. The integral part of the system is the Microsoft Kinect, a motion sensing device for which freely available drivers were released recently. Virtual agent should remind the user on when and how much to exercise, while the Kinect device is used to track users-movements and therefore provide feedback on correctness of executed exercises. Since the system should be used in everyday life, only sensible approach for design process is user-centered design (UCD) where users are constantly involved during the development. This constant involvement of users through interviews made it possible to adapt the design to users- needs and make the system practically applicable. The resulting system provides exact navigation and guidance during execution of exercises by visualizing the user on computer screen and displaying static points through which the movement has to be performed. The approach with these guidance points minimizes incorrect movements drastically. In addition to that, system was positively evaluated by users, but also by physiotherapists who indicated that the system could ease their job and effectively prevent MSD- related pains. The system was also positively graded during the in-situ deployment in a home office. Main finding is therefore that by using a low-cost motion sensing device as Kinect and providing correct visual feedback, it is possible to create a system that can be used in prevention of MSDs in office or home environment. Future work would include longer deployment and extension of implemented features.