Pomiary kątów ugięcia kończyny w stawie z wykorzystaniem inercyjnego systemu Motion Capture

• Autorzy: Kopniak P.

Warianty tytułu

EN

Measurements of bend angles of the limb in a joint with the use of an inertial motion capture system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy zastosowań systemu rejestracji ruchu wykorzystującego inercyjne czujniki MEMS do badań aparatu ruchu człowieka. Badania tego typu umożliwią dokładniejsze diagnozy ortopedyczne oraz weryfikację postępów rehabilitacji. W artykule opisano budowę, właściwości i zasadę działania systemu Xsens Xbus Kit opartego na czujnikach MTx, metody wyznaczania kąta ugięcia kończyny w stawie na podstawie danych otrzymywanych z czujników oraz przykładowe wyniki badań ruchliwości kończyny. W artykule zawarto także badania dokładności pomiaru kątów poprzez czujniki MTx.

EN

This paper concerns applications of a motion capture system based on MEMS inertial sensors to research of the human locomotion system. Such research will enable more accurate diagnosis and verification of progress of orthopedic rehabilitation. The aper describes the construction, properties and the principle of operation of the Xsens Xbus Kit based on MTx sensors (Fig. 1). It depicts the method of determining the angle of bend of the limb in a joint on the basis of data received from the sensors and sample results of the mobility of the limb, too. Each sensor of Xbus Kit system includes an integrated three-axis accelerometer, gyroscope and magnetometer. In addition, inside there is a signal processor that uses several profiles for the Kalman filter (Fig. 2). As a result, the sensors can return raw or processed data of acceleration or the Euler angles describing the orientation of the sensor in 3D space [7]. The research described in the paper deals with the measurement of the angle of band of the elbow. To measure the band of limb in the joint is sufficient to calculate the difference of yaw angles measured by two MTx sensors (Fig. 2). As a result of tests, the maximum error of the sensor measurement was determined. It was 1°. The sensors measured the angles accurately, consistently and done it in real time (Figs. 6 and 7). The performed studies also showed that the measurement deviations of MTx sensors did not depend on the position of the limb with the exception of the vertical orientation in which the X-axis sensor coincided with the direction of gravity. Then there is a mathematical singularity [7].

Słowa kluczowe

PL

rejestracja ruchu; grafika 3D; animacja; rehabilitacja; czujnik inercyjny

EN

motion capture; 3D graphics; animation; rehabilitation; inertial sensor

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 8
• Strony: 590--593
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kopniak P.

• Instytut Informatyki, WEII, Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36 B, 20-618 Lublin

Bibliografia

• [1] Zhou H., Hu H.: Human motion tracking for rehabilitation - A survey. Biomedical Signal Processing and Control Volume 3, Issue 1, pp. 1-18, 2008.
• [2] Lebel K., Boissy P., Hamel M., Duval C.: Inertial Measures of Motion for Clinical Biomechanics: Comparative Assessment of Accuracy under Controlled Conditions - Effect of Velocity. PLoS ONE 8(11): e79945. doi: 10.1371/journal.pone.0079945, 2013.
• [3] Schulze M., Calliess T., Gietzelt M., Wolf K. H., Liu T. H., Seehaus F., Bocklage R., Windhagen H., Marschollek M.: Development and clinical validation of an unobtrusive ambulatory knee function monitoring system with inertial 9DoF sensors, Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2012 Annual International Conference of the IEEE, pp. 1968-971, 2012.
• [4] Pellegrini A., Tonino P., Paladini P., Cutti A., Ceccarelli F., Porcellini G.: Motion analysis assessment of alterations in the scapulo-humeral rhythm after throwing in baseball pitchers. Muskuloskeletal Surgery, Volume 97, Issue 1 Supplement, pp. 9-13, 2013.
• [5] Kopniak P., Motion Capture Data Visualization Developed with the Utilization of jMonkeyEngine, Computer Graphics. Selected Issues, University of Szczecin, 2010.
• [6] Kitagawa M., Windsor B.: MoCap for Artists. Workflow and Techniques for Motion Capture, Elsevier, 2008.
• [7] MTi and MTx User Manual and Technical Documentation, Document MT0100P, Revision P, 21 Mar 2012, Xsens Technologies B.V., 2012.
• [8] Kaniewski P.: Wspólne przetwarzanie danych nawigacyjnych AHRS i GPS za pomocą filtru Kalmana, Biuletyn WAT, Vol. LV, Nr 1, 2006.
• [9] MTx, 3DOF Orientation Tracker, Xsens Technologies B.V., 2012.
• [10] Kopniak P.: Rejestracja ruchu za pomocą urządzenia Microsoft Kinect., Pomiary Automatyka Kontrola VOL. 58, Wydawnictwo PAK, Warszawa, 2012.