膝盖角度估计与动态校准使用惯性测量单位运行运行

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 人类运动分析 人类运动分析
• 可穿戴式传感器技术

背景情况:

• 精确的膝盖曲角度测量对于步态分析至关重要,特别是在跑步时,这是膝盖受伤的高风险活动.
• 基于实验室的光学运动捕捉系统提供了准确性,但限制了现实世界的跑步步态研究.
• 现有的可穿戴传感器方法通常需要复杂的设置,例如传感器对细分的假设或特定的校准姿势.

研究的目的:

• 为了确定膝盖曲角度在运行时,只使用加速仪和陀螺仪数据从部和大腿惯性传感器.
• 评估三种不同的过算法的有效性,以估计膝盖曲角度,无需磁力计或复杂的校准.
• 评估估计准确度是否符合临床步态分析标准.

主要方法:

• 使用腿部和大腿惯性传感器 (加速计和陀螺仪) 来收集来自单个参与者在各种跑步机速度的跑步数据.
• 实现并比较了三个不同的过算法来估计膝盖曲角度.
• 与Vicon光学运动捕捉系统对估计的膝盖屈曲角度进行了验证.

主要成果:

• 过算法实现了大约三度的根-平均-平方误差,用于膝盖曲角度估计.
• 估计准确度在临床步态分析中可接受的五度限制内.
• 补充过方法在这个应用程序中表现出特别高的效率.

结论:

• 惯性传感器与适当的过算法相结合,可以准确地估计在跑步时膝盖曲角度.
• 补充波器方法为运行步态分析提供了一个可行的,不那么限制性的替代方案,而不是基于实验室的运动捕捉.
• 这种方法有可能用于现实世界的膝盖伤害研究和临床应用.