仅使用惯性测量单位在跑步时估计膝盖和脚的松动动量:一种自上而下的反向动态方法
Robbert P van Middelaar1, Nicolle T van Rijswijk1, Frank J Wouda1,2
1Department of Biomedical Signals and Systems, Faculty of Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science, University of Twente, Enschede, The Netherlands.
Sports biomechanics
|February 24, 2025
概括
这项研究引入了一种新的基于物理学的方法,仅使用惯性测量单位 (IMU) 来估计膝盖和脚的运行时刻. 该方法显示了在培训期间实时反的潜力.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 人类运动分析 人类运动分析
- 运动技术技术 运动技术
背景情况:
- 估计运行时的净联合时刻通常需要专门的设备,如力板和运动捕捉系统.
- 目前的方法往往很复杂,限制了它们在实时性能分析或培训反中的应用.
研究的目的:
- 提出并验证一种新的基于物理的,自上而下的反向动力学方法,用于估计在跑步期间的膝盖和脚的净斜腰时刻.
- 评估仅使用惯性测量单位 (IMU) 来进行此估计的可行性,从而消除了对力板,光学运动捕捉或复杂的肌肉骨模型的需求.
主要方法:
- 开发了一种基于物理的自上而下的反向动力学方法,以仅使用IMU的数据计算联合时刻.
- 拟议的方法通过将其结果与2D IMU驱动的/3D标记驱动的OpenSim模型和基于IMU的自下而上的反向动态方法进行比较来验证.
- 这项研究涉及三种不同速度的跑步.
主要成果:
- 在姿势阶段,在自上而下的方法和基准模型之间观察到强烈的相关性,即在姿势阶段的净斜膝动力 (0.87-0.96) 和脚动力 (0.83-0.90) 之间.
- 由上向下方法估计的最大膝盖伸展时刻与基于IMU的参考值可比.
- 使用上下方法,最大脚足部曲时刻显著更高,标记驱动的OpenSim模型总体上产生了显著较低的值.
结论:
- 上下反向动力学方法显示,仅使用IMU,在运行时估计净膝动态时刻的潜力很大.
- 斜脚脚瞬间估计的准确性较低,这表明需要进行方法改进.
- 这种方法可以在训练期间提供实时运行反,尽管由于该方法依赖于它,建议进一步研究上肢动力学.
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