基于异步BLE 5.0 IMU传感器网络的计算机模型用于生物机械应用
Juan Antonio Mora-Sánchez1, Luis Pastor Sánchez-Fernández1, Diana Lizet González-Baldovinos1
1Centro de Investigación en Computación, Instituto Politécnico Nacional, Av. Juan de Dios Bátiz S/N, Nueva Industrial Vallejo, Gustavo A. Madero, Mexico City 07738, Mexico.
Sensors (Basel, Switzerland)
|December 11, 2025
概括
这项研究引入了一个新的无线传感器网络,使用惯性测量单元 (IMU) 和蓝牙低能 (BLE) 5.0进行准确的生物力学数据收集. 该系统增强了实时运动捕捉和职业健康评估.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 传感器网络 传感器网络
- 人与计算机的交互
背景情况:
- 动态环境需要先进的传感器网络来获取生物机械数据.
- 现有系统在范围,速度和稳定性方面面临限制.
研究的目的:
- 使用惯性测量单位 (IMU) 开发和验证一个强大的异步网络架构.
- 使用蓝牙低能耗 (BLE) 5.0来克服之前的实施限制.
- 实现实时生物机械信号采集,以增强运动捕捉和健康评估.
主要方法:
- 实施了六个IMU的网络,使用混合Python 3.10-LabVIEW 2022 Q3框架.
- 通过虚拟端口模拟来确保并发,异步的数据采集,以实现稳定的传感器互连.
- 通过75次评估验证了系统性能,涉及25名参与者进行姿势实验.
主要成果:
- 实现了高采集效率 (近100%),数据损失低于±2%.
- 展示了40米的最大室内范围和105米的户外范围.
- 在一个案例研究中成功地应用了该系统,使用了用于快速上肢评估 (RULA) 的模糊推理系统 (FIS).
结论:
- 开发的架构为移动捕捉应用提供了卓越的可扩展性和稳定性.
- 该系统为职业健康提供客观,可量化的指标,特别是对于坐着的工作.
- 克服了观察方法在评估受伤风险和上肢姿势方面的局限性.
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