РОЗРОБКА ІНЕРЦІАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ЗАХОПЛЕННЯ РУХУ ЛЮДИНИ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.55(1).2018.135860Ключові слова:
безплатформна курсовертикаль, алгоритми, захоплення руху, енергоефективністьАнотація
У роботі висвітлено основні етапи розробки інерціальної системи захоплення руху людини. У роботі розглянуто існуючі методи захоплення руху, що використовують різні фізичні принципи роботи. Зроблено аналіз існуючих інерціальних систем захоплення руху. В якості альтернативи використанню дорогих промислових зразків, запропоновано використання власної системи захоплення руху для цілей лабораторних досліджень. У статті приведена концепція розроблюваної системи. Описано склад апаратної частини інерціального вимірювального модуля, етапи функціонування мікропрограми контролера. Описано використані методи калібровки датчиків, приведені характеристики точності модуля БКВ. Розроблена система має малі габарити інерціальних вимірювальних блоків, які являються автономними та використовують для комунікації технології бездротового зв’язку. Для оцінки орієнтації об’єктів установки використано алгоритм, який зменшує обчислювальне навантаження на контролер. Розроблена СЗРЛ дозволяє гнучко її налаштувати під різного роду специфічні задачі; відкриває можливість інтеграції в інші системи.
Посилання
L. Bai, M. G. Pepper, Y. Yana, S. K. Spurgeon, and M. Sakel, “Application of low cost inertial sensors to human motion analysis,” 2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, pp. 1280–1285, 2012. Doi:10.1109/I2MTC.2012.6229349
J. V. D. Linden, E. Schoonderwaldt, J. Bird, and R. Johnson, “MusicJacket—Combining Motion Capture and Vibrotactile Feedback to Teach Violin Bowing,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 60, no. 1, pp. 104–113, 2011. Doi:10.1109/TIM.2010.2065770
K. D. Nguyen, I.-M. Chen, Z. Luo, S. H. Yeo, and H.-L. Duh, “A wearable sensing system for tracking and monitoring of functional arm movement,” IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol. 16, no. 2, pp. 213–220, 2011. Doi:10.1109/TMECH.2009.2039222
Metamotion [Online]. Available: http://www.metamotion.com
Movement Labs funded by NSF US. [Online]. Available: http://movement.stanford.edu ; http://movement.nyu.edu.
D. Hogg, “Model-based vision: a program to see a walking person,” Image and Vision Computing, vol. 1, no. 1, pp. 5–20, 1983. Doi:10.1016/0262-8856(83)90003-3
D. K. Wagg and M. S. Nixon, “Automated markerless extraction of walking people using deformable contour models,” Computer Animation and Virtual Worlds, vol. 15, no. 34, pp. 399–406, 2004.. Doi:10.1002/cav.43
Cutler, Ross G., et al. “Design and implementation of the University of Maryland Keck Laboratory for the analysis of visual movement”, 2002.
D. Roetenberg, Inertial and magnetic sensing of human motion. Netherlands: Universiteit Twente (The Netherlands), PhD Thesis, 2006.
А. Ferrari, A. G. Cutti, P. Garofalo, M. Raggi, M. Heijboer, A. Cappello, and A. Davalli, “First in vivo assessment of ‘Outwalk’: a novel protocol for clinical gait analysis based on inertial and magnetic sensors,” Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 48, no. 1, pp. 1–15, 2009. Doi: 10.1007/s11517-009-0544-y
D. Roetenderg, H. Luinge, P.SlyckeXsens MVN: Full 6DOF Human Motion Tracking Using Miniature Inertial Sensors. MVN white paper, 2013.
Inertial labs: 3DSuit Inertial Motion Capture Systems for Biomechanical, Sports Science and Rehabilitation Applications. 3DSuit white paper, 2012
Режим доступу: www.apdm.com
K. Hirose, H. Doki, and A. Kondo, “Dynamic Analysis and Motion Measurement of Ski Turns Using Inertial and Force Sensors,” Procedia Engineering, vol. 60, pp. 355–360, 2013. doi: 10.1016/j.proeng.2013.07.082
K. Lebel, P. Boissy, M. Hamel, and C. Duval, “Inertial Measures of Motion for Clinical Biomechanics: Comparative Assessment of Accuracy under Controlled Conditions – Changes in Accuracy over Time,” Plos One, vol. 10, no. 3, 2015. doi: 10.1371/journal.pone.0118361
N. Zhao. Full-Featured Pedometer Design Realized with 3-Axis Digital Accelerometer. AnalogDialogue, 2010, vol 44. Режим доступу: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/pedometer-design-3-axis-digital-acceler.html .
А. G. Cutti, A. Giovanardi, L. Rocchi, and A. Davalli, “A simple test to assess the static and dynamic accuracy of an inertial sensors system for human movement analysis,” 2006 International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2006. doi: 10.1109/IEMBS.2006.260705
Y. Zheng, K.-C. Chan, and C. C. L. Wang, “Pedalvatar: An IMU-based real-time body motion capture system using foot rooted kinematic model,” 2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 4130–4135, 2014. doi:10.1109/IROS.2014.6943144
S. Salehi, G. Bleser, N. Schmitz, and D. Stricker, “A Low-Cost and Light-Weight Motion Tracking Suit,” 2013 IEEE 10th International Conference on Ubiquitous Intelligence and Computing and 2013 IEEE 10th International Conference on Autonomic and Trusted Computing, pp. 474–479, 2013. doi:10.1109/UIC-ATC.2013.22 .
C. K. Lim, Z. Luo, I.-M. Chen, and S. H. Yeo, “Wearable wireless sensing system for capturing human arm motion,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 166, no. 1, pp. 125–132, 2011. doi:10.1016/j.sna.2010.10.015
А. Szczęsna, P. Skurowski, E. Lach, P. Pruszowski, D. Pęszor, M. Paszkuta, J. Słupik, K. Lebek, M. Janiak, A. Polański, and K. Wojciechowski, “Inertial Motion Capture Costume Design Study,” Sensors, vol. 17, no. 3, pp. 612–632, 2017. doi:10.3390/s17030612
O.I. Nesterenko, V.Ie.Balanchuk, Novitni prylady oriientatsii ta navihatsii [Navchalnyi posibnyk]. Kyiiv: NTUU «KPI», 2013. 74 p. (in Ukrainian)
C. Foster and G. Elkaim, “Extension of a two-step calibration methodology to include nonorthogonal sensor axes,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 44, no. 3, pp. 1070–1078, 2008. Doi: 10.1109/TAES.2008.4655364
І. Duman, “Design, Implementation, and Testing of a Real-Time Software System for a Quaternion-Based Attitude Estimation Filter,” thesis, 1999.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
