MD22Y - Method and device for determining the motor activity of the human body - Google Patents
Method and device for determining the motor activity of the human body Download PDFInfo
- Publication number
- MD22Y MD22Y MDS20090022A MDS20090022A MD22Y MD 22 Y MD22 Y MD 22Y MD S20090022 A MDS20090022 A MD S20090022A MD S20090022 A MDS20090022 A MD S20090022A MD 22 Y MD22 Y MD 22Y
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- human body
- transducers
- motor activity
- analog
- determining
- Prior art date
Links
- 230000037023 motor activity Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- QRZAKQDHEVVFRX-UHFFFAOYSA-N biphenyl-4-ylacetic acid Chemical compound C1=CC(CC(=O)O)=CC=C1C1=CC=CC=C1 QRZAKQDHEVVFRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 1
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Inventia se refera la metrologia sportiva, si anume la procedeele de determinare a activitatii motrice a corpului uman. Procedeul de determinare a activitatii motrice a corpului uman consta in aceea ca in anumite puncte de reper, pe corpul uman se amplaseaza cate un dispozitiv de determinare a activitatii motrice a lui, care include cate doua traductoare pentru masurarea deplasarilor, iar semnalele receptionate de la traductoare se inregistreaza. Prin intermediul traductoarelor se masoara deplasarile liniare in directia axelor reciproc perpendiculare X si Y si inclinatiile in planul XY. Semnalele receptionate de la iesirile traductoarelor se transmit printr-un multiplexor analogic la un convertizor analogic numeric, se cifreaza, pe baza lor se calculeaza valorile echivalente cu activitatea motrice si se inregistreaza in memoria flash, datele careia sunt citite prin intermediul unei interfete rapide USB a unui calculator electronic exterior. Dispozitivul de determinare a activitatii motrice a corpului uman contine doua traductoare (1, 2) pentru masurarea deplasarilor, un multiplexor analogic (3), intrarile caruia sunt conectate la iesirile traductoarelor (1, 2), un convertizor analogic-numeric (4), intrarea caruia este conectata la iesirea multiplexorului analogic (3), un microcontroler (5), intrarea caruia este conectata la iesirea convertizorului analogic-numeric (4), o memorie flash (6) si o interfata rapida USB (7), intrarile/iesirile carora sunt conectate la microcontroler (5). Fiecare traductor (1, 2) este executat cu posibilitatea masurarii deplasarilor liniare in directia axelor reciproc perpendiculare X si Y si inclinatiilor in planul XY.The invention relates to sports metrology, namely to the procedures for determining the motor activity of the human body. The process for determining the motor activity of the human body consists in the fact that at certain landmarks, the human body is located a device for determining its motor activity, which includes two transducers for measuring the movements, and the signals received from the translators. It's recording. By means of the transducers the linear displacements in the direction of the reciprocal perpendicular axes X and Y and the inclinations in the XY plane are measured. The signals received from the translator outputs are transmitted through an analog multiplexer to a digital analog converter, they are calculated, based on them, they calculate the values equivalent to the motor activity and they are recorded in flash memory, the data which are read through a fast USB interface. an external electronic computer. The device for determining the motor activity of the human body contains two transducers (1, 2) for measuring displacements, an analog multiplexer (3), the inputs of which are connected to the translator outputs (1, 2), an analog-to-digital converter (4), the input of which is connected to the output of the analog multiplexer (3), a microcontroller (5), the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter (4), a flash memory (6) and a fast USB interface (7), the inputs / outputs which are connected to the microcontroller (5). Each translator (1, 2) is executed with the possibility of measuring the linear displacements in the direction of the X and Y reciprocal perpendicular axes and the inclinations in the XY plane.
Description
Invenţia se referă la metrologia sportivă, şi anume la procedeele de determinarea a activităţii motrice a corpului uman şi a unor părţi separate ale lui. The invention relates to sports metrology, namely to the methods of determining the motor activity of the human body and its separate parts.
Este cunoscut un procedeu de înregistrare a traiectoriilor mişcării corpului uman (sportivului) şi a unor părţi separate ale lui (extremităţilor) care constă în efectuarea fotografierii rapide, introducerea imaginilor în calculator şi prelucrarea lor ulterioară în scopul calculării traiectoriilor mişcării, atât a corpului uman în general, cât şi a părţilor separate ale corpului lui [1]. There is a known method for recording the trajectories of the movement of the human body (the athlete) and of separate parts of it (the extremities), which consists of taking rapid photographs, entering the images into the computer and their subsequent processing in order to calculate the trajectories of movement, both of the human body in general and of separate parts of the body [1].
Dezavantajele acestui procedeu sunt precizia joasă de înregistrare a traiectoriei mişcării cauzată de diapazonul limitat de racursiuri în care poate fi formată poziţia obiectului fotografierii şi dificultatea stabilirii unei legături precise dintre coordonatele unor părţi separate ale corpului, procesul îndelungat de efectuare a calculelor şi analizelor condiţionat de necesitatea introducerii unui număr foarte mare de cadre ale imaginilor în calculator, necesitatea iluminării corpului uman în procesul fotografierii, presupune prezenţa corpului uman în limitele vizibilităţii directe a aparatelor (aparatului) de filmat, preţul majorat. The disadvantages of this method are the low accuracy of recording the movement trajectory caused by the limited range of angles in which the position of the object being photographed can be formed and the difficulty of establishing a precise connection between the coordinates of separate parts of the body, the long process of performing calculations and analyses conditioned by the need to enter a very large number of image frames into the computer, the need to illuminate the human body during the photographing process, which implies the presence of the human body within the limits of direct visibility of the filming equipment (camera), and the increased price.
Este cunoscut de asemenea un procedeu de înregistrare a mişcărilor corpului uman care constă în aceea că în punctele de reper ale corpului uman (extremităţile, capul, trunchiul) se amplasează elemente sensibile la schimbarea poziţiei lor în spaţiu. După care, cu ajutorul mijloacelor sensibile la semnalele acestor elemente, se înregistrează informaţia recepţionată, după care ea se prelucrează cu ajutorul calculatorului cu obţinerea datelor despre caracterul mişcărilor. În cadrul acestui procedeu cunoscut se utilizează o serie de elemente reflectoare pasive - repere luminiscente. Se efectuează fotografierea rapidă cu ajutorul a trei sau mai multe aparate de filmat, unite prin intermediul unor canale de intrare analogice de mare vitează cu un calculator electronic specializat [2]. There is also a known method of recording the movements of the human body, which consists in placing elements sensitive to changes in their position in space at the landmarks of the human body (extremities, head, torso). After that, with the help of means sensitive to the signals of these elements, the received information is recorded, after which it is processed with the help of a computer to obtain data on the nature of the movements. Within this known method, a series of passive reflective elements - luminescent landmarks are used. Fast photography is performed with the help of three or more film cameras, connected by means of high-speed analog input channels with a specialized electronic computer [2].
Dezavantajele acestui procedeu constau în prezenţa obligatorie a corpului uman în limitele vizibilităţii, prezenţa echipamentului pentru iluminarea reperelor, necesitatea prezenţei unui dispozitiv special pentru realizarea acestui procedeu, preţul majorat. The disadvantages of this procedure are the mandatory presence of the human body within the limits of visibility, the presence of equipment for illuminating landmarks, the need for a special device to perform this procedure, and the increased price.
Mai sunt cunoscute un şir de procedee similare bazate pe măsurarea distanţelor dintre reperele amplasate pe anumite părţi ale corpului uman cu ajutorul unor mărimi fizice bazate pe efectul Hall: traductoare electrostatice, electromagnetice şi piezorezistive etc. [3]. There are also a number of similar procedures based on measuring distances between landmarks located on certain parts of the human body using physical quantities based on the Hall effect: electrostatic, electromagnetic and piezoresistive transducers, etc. [3].
Dezavantajele acestui procedeu constau în necesitatea acţiunii asupra corpului uman cu câmpuri electrostatice şi electromagnetice, care dispun de o zonă de acţiune limitată, condiţionată de sensibilitatea limitată a traductoarelor, o precizie mai redusă decât la procedeele optice, preţul exagerat al dispozitivelor utilizate. The disadvantages of this process are the need to act on the human body with electrostatic and electromagnetic fields, which have a limited area of action, due to the limited sensitivity of the transducers, lower precision than optical processes, and the excessive price of the devices used.
Cea mai apropiată soluţie este procedeul de înregistrare a mişcărilor corpului uman şi dispozitivul pentru realizarea acestuia, care constă în aceea că în anumite puncte de reper ale corpului uman se amplasează elemente sensibile la schimbarea poziţiei lor în spaţiu, cu ajutorul mijloacelor sensibile la semnalele acestor elemente se înregistrează informaţia recepţionată de la ele şi se prelucrează informaţia înregistrată cu ajutorul calculatorului electronic cu obţinerea datelor referitoare la caracteristicile mişcărilor corpului uman. Pe corp se amplasează un dispozitiv de microcontrolere cu trei coordonate pentru măsurarea acceleraţiilor deviaţiilor (unghiulare), care include trei traductoare de acceleraţii unghiulare, fiecare dintre care se orientează în direcţia uneia din trei axe reciproc perpendiculare X, Y, Z şi se înregistrează semnalele de ieşire ale acestor traductoare în memoria remanentă, informaţia de pe care se utilizează apoi pentru prelucrarea ulterioară [4]. The closest solution is the process of recording the movements of the human body and the device for its implementation, which consists in the fact that at certain reference points of the human body elements sensitive to changes in their position in space are placed, with the help of means sensitive to the signals of these elements the information received from them is recorded and the recorded information is processed using an electronic computer with the help of obtaining data on the characteristics of the movements of the human body. A three-coordinate microcontroller device for measuring the accelerations of deviations (angular), which includes three angular acceleration transducers, each of which is oriented in the direction of one of three mutually perpendicular axes X, Y, Z, is placed on the body and the output signals of these transducers are recorded in the non-volatile memory, the information from which is then used for further processing [4].
Dezavantajele acestui procedeu şi dispozitiv sunt precizia relativ joasă de reconstrucţie (calculare ulterioară) a traiectoriei mişcării părţilor corpului uman, pe care este fixat un dispozitiv de microcontrolere cu trei coordonate pentru măsurarea acceleraţiilor unghiulare, ceea ce este legat de faptul că traductoarele de deviaţii unghiulare măsoară deviaţiile unghiulare relative de scurtă durată, adică indicaţiile lor depind de poziţia iniţială a obiectului şi oferă rezultate referitoare doar la un interval de timp scurt, iar la o mişcare uniformă, aceste traductoare, după expirarea timpului reacţiei măsurate de obicei în zeci de microsecunde, indică un rezultat nul. Timpul de reacţionare a acestor traductoare este condiţionat de timpul constant al circuitului de integrare RC interior sau exterior, conectat la traductor. The disadvantages of this method and device are the relatively low accuracy of reconstruction (subsequent calculation) of the trajectory of movement of parts of the human body, on which a three-coordinate microcontroller device for measuring angular accelerations is fixed, which is related to the fact that angular deviation transducers measure short-term relative angular deviations, i.e. their indications depend on the initial position of the object and provide results relating only to a short time interval, and with uniform movement, these transducers, after the expiration of the reaction time usually measured in tens of microseconds, indicate a null result. The reaction time of these transducers is conditioned by the time constant of the internal or external RC integration circuit, connected to the transducer.
Asupra preciziei de înregistrare a traiectoriei mişcării influenţează de asemenea faptul că traductoarele de acceleraţii unghiulare dau o eroare de măsurare acumulată permanent la o mişcare îndelungată constantă orientată într-o singură direcţie. The accuracy of recording the movement trajectory is also influenced by the fact that angular acceleration transducers give a permanently accumulated measurement error during a long, constant movement oriented in a single direction.
Există un domeniu special de cunoştinţe - navigaţia inerţială, conform căruia, pentru stabilirea mai mult sau mai puţin precisă a traiectoriilor mişcării punctului conform indicaţiilor traductoarelor este necesar de a avea în punctul examinat nu doar indicaţiile traductoarelor de acceleraţii unghiulare cu trei coordonate, ci şi a traductoarelor de acceleraţii liniare cu trei coordonate, precum şi de a şti unghiul direcţiei mişcării în comparaţie cu direcţia spre nord. Aceasta înseamnă că fiecare dispozitiv de măsurare pe bază de microcontrolere, fixat pe un punct de reper al corpului trebuie să dispună şi de un asemenea set de traductoare. There is a special field of knowledge - inertial navigation, according to which, in order to more or less accurately determine the trajectory of the point's movement according to the indications of the transducers, it is necessary to have at the examined point not only the indications of the three-coordinate angular acceleration transducers, but also of the three-coordinate linear acceleration transducers, as well as to know the angle of the direction of movement compared to the direction to the north. This means that each microcontroller-based measuring device, fixed on a reference point of the body, must also have such a set of transducers.
Mai mult decât atât, pentru înregistrarea retrospectivă a traiectoriei unei mişcări îndelungate a corpului, un singur dispozitiv cu microcontrolere dotat cu setul de traductoare sus-menţionat, fixat pe una din extremităţi, evident este puţin. Este necesar de a avea minimum câte un dispozitiv de acest fel, cu un set de traductoare pe fiecare din extremităţi şi cel puţin un set pe trunchiul (centura) corpului uman (sportivului). Dispozitivele de măsurare cu traductoare urmează a fi fixate pe ultimele fragmente libere ale extremităţilor, de exemplu, pe carpuri şi glezne. Evident că în această împrejurare nu poate fi reflectată traiectoria mişcării palmelor. Dispozitivul de măsură de pe centură permite de a restabili condiţionat traiectoria mişcării trunchiului fără înregistrarea rotaţiilor posibile, de exemplu, ale părţii inferioare a trunchiului faţă de cea superioară, sau ale răsucirilor trunchiului. Astfel, pentru restabilirea mai mult sau mai puţin precisă a traiectoriei mişcării corpului uman sunt necesare minimum cinci seturi de dispozitive de măsurare cu microcontrolere cu un set complet de traductoare. Pentru o înregistrare mai precisă a traiectoriei mişcării corpului uman este necesar de a mări numărul sistemelor de măsurare şi de a le fixa pe fiecare fragment mobil al corpului uman. Moreover, for the retrospective recording of the trajectory of a long body movement, a single microcontroller device equipped with the above-mentioned set of transducers, fixed on one of the extremities, is obviously not enough. It is necessary to have at least one such device, with a set of transducers on each of the extremities and at least one set on the trunk (belt) of the human body (athlete). The measuring devices with transducers are to be fixed on the last free fragments of the extremities, for example, on the wrists and ankles. Obviously, in this circumstance the trajectory of the movement of the palms cannot be reflected. The measuring device on the belt allows to conditionally restore the trajectory of the trunk movement without recording possible rotations, for example, of the lower part of the trunk relative to the upper one, or of the trunk twists. Thus, for more or less accurate restoration of the trajectory of human body movement, a minimum of five sets of measuring devices with microcontrollers with a complete set of transducers are required. For a more accurate recording of the trajectory of human body movement, it is necessary to increase the number of measuring systems and to fix them on each mobile fragment of the human body.
Problema pe care o rezolvă invenţia este crearea unui procedeu mai simplu şi mai ieftin de înregistrare a activităţii motrice a corpului uman (sportivului) mai precis, a unei părţi separate a corpului lui (a mâinii), care să nu necesite iradierea (iluminarea) exterioară a persoanei supuse încercărilor, lărgirea teritoriului supus încercărilor, crearea unui dispozitiv pentru realizarea acestui procedeu, asigurarea preciziei suficiente de înregistrare a activităţii motrice şi micşorarea cheltuielilor pentru confecţionarea acestuia. The problem solved by the invention is the creation of a simpler and cheaper method for recording the motor activity of the human body (athlete), more precisely, of a separate part of his body (hand), which does not require external irradiation (illumination) of the person being tested, expanding the territory subject to testing, creating a device for carrying out this method, ensuring sufficient precision in recording motor activity and reducing the costs of its manufacture.
Invenţia înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că în anumite puncte de reper, pe corpul uman se amplasează câte un dispozitiv de determinare a activităţii motrice a lui, care include câte două traductoare pentru măsurarea deplasărilor, iar semnalele recepţionate de la traductoare se înregistrează. Prin intermediul traductoarelor se măsoară deplasările liniare în direcţia axelor reciproc perpendiculare X şi Y şi înclinaţiile în planul XY, iar semnalele recepţionate de la ieşirile traductoarelor se transmit printr-un multiplexor analogic la un convertizor analogic numeric, se cifrează, pe baza lor se calculează valorile echivalente cu activitatea motrică şi se înregistrează în memoria flash, datele căreia sunt citite prin intermediul unei interfeţe rapide USB a unui calculator electronic exterior. The invention eliminates the above-mentioned disadvantages by placing a device for determining the motor activity of the human body at certain reference points, which includes two transducers for measuring displacements, and the signals received from the transducers are recorded. The transducers measure linear displacements in the direction of the mutually perpendicular axes X and Y and inclinations in the XY plane, and the signals received from the transducer outputs are transmitted through an analog multiplexer to an analog-digital converter, are digitized, based on them the values equivalent to the motor activity are calculated and recorded in the flash memory, the data of which is read via a fast USB interface of an external electronic computer.
Dispozitivul de determinare a activităţii motrice a corpului uman conţine două traductoare pentru măsurarea deplasărilor, un multiplexor analogic, intrările căruia sunt conectate la ieşirile traductoarelor, un convertizor analogic-numeric, intrarea căruia este conectată la ieşirea multiplexorului analogic, un microcontroler, intrarea căruia este conectată la ieşirea convertizorului analogic-numeric, o memorie flash şi o interfaţă rapidă USB, intrările/ieşirile cărora sunt conectate la microcontroler. Fiecare traductor este executat cu posibilitatea măsurării deplasărilor liniare în direcţia axelor reciproc perpendiculare X şi Y şi a înclinaţiilor în planul XY. The device for determining the motor activity of the human body contains two transducers for measuring displacements, an analog multiplexer, the inputs of which are connected to the outputs of the transducers, an analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the analog multiplexer, a microcontroller, the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, a flash memory and a fast USB interface, the inputs/outputs of which are connected to the microcontroller. Each transducer is designed to measure linear displacements in the direction of the mutually perpendicular axes X and Y and inclinations in the XY plane.
Invenţia se explică prin desenul din figura 1, care reprezentată schema funcţională a dispozitivului pentru determinarea activităţii motrice a corpului uman. The invention is explained by the drawing in figure 1, which represents the functional diagram of the device for determining the motor activity of the human body.
Dispozitivul de determinare a activităţii motrice a corpului uman conţine două traductoare 1, 2 pentru măsurarea deplasărilor, un multiplexor analogic 3, intrările căruia sunt conectate la ieşirile traductoarelor 1, 2, un convertizor analogic-numeric 4, intrarea căruia este conectată la ieşirea multiplexorului analogic 3, un microcontroler 5, intrarea căruia este conectată la ieşirea convertizorului analogic-numeric 4, o memorie flash 6 şi o interfaţă rapidă USB 7, intrările/ieşirile cărora sunt conectate la microcontroler 5. Fiecare traductor 1, 2 este executat cu posibilitatea măsurării deplasărilor liniare în direcţia axelor reciproc perpendiculare X şi Y şi înclinaţiilor în planul XY. The device for determining the motor activity of the human body contains two transducers 1, 2 for measuring displacements, an analog multiplexer 3, the inputs of which are connected to the outputs of the transducers 1, 2, an analog-to-digital converter 4, the input of which is connected to the output of the analog multiplexer 3, a microcontroller 5, the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter 4, a flash memory 6 and a fast USB interface 7, the inputs/outputs of which are connected to the microcontroller 5. Each transducer 1, 2 is designed to measure linear displacements in the direction of the mutually perpendicular axes X and Y and inclinations in the XY plane.
Este cunoscut că traductorul cu două coordonate (de exemplu, ADXL202E) care oferă posibilitatea de a măsura atât înclinaţia planului XY, cât şi deplasările liniare în lungul acestor axe. Acesta nu permite măsurarea deplasărilor planului XY strict vertical, adică perpendicular axei Z. Să presupunem că dispozitivul cu acest traductor este fixat pe mână. Tensiunea la ieşirile analoage ale traductoarelor se schimbă faţă de punctul mediu de alimentare. Mai mult decât atât, la ieşirile analoage ale traductoarelor semnalul este static (adică este menţinut atâta timp cât există înclinaţia sau deplasarea liniară). Pentru a nu măsura tensiunea punctului mediu, vom calcula valoarea absolută a diferenţei dintre tensiunile de ieşire în două momente de timp consecutive t şi t+1, vom mai însuma indicaţiile de la ieşirile X şi Y, suma aceasta o vom înmulţi cu un anumit coeficient de scară K: It is known that the two-coordinate transducer (for example, ADXL202E) provides the ability to measure both the inclination of the XY plane and linear displacements along these axes. It does not allow measuring displacements of the XY plane strictly vertically, i.e. perpendicular to the Z axis. Let's assume that the device with this transducer is fixed on the hand. The voltage at the analog outputs of the transducers changes relative to the midpoint of the power supply. Moreover, at the analog outputs of the transducers the signal is static (i.e. it is maintained as long as there is an inclination or linear displacement). In order not to measure the midpoint voltage, we will calculate the absolute value of the difference between the output voltages at two consecutive time points t and t+1, we will also sum the indications from the X and Y outputs, this sum we will multiply by a certain scale coefficient K:
A=K* (/Xti - Xti+1/+/Yti+Yti+1/), A=K* (/Xti - Xti+1/+/Yti+Yti+1/),
unde: where:
Xti,Xti+1, Yti,Yti+1 - semnalele cifrate de la ieşirile analoage X şi Y ale traductoarelor pentru momentele de timp t şi t+1; Xti,Xti+1, Yti,Yti+1 - the encoded signals from the analog outputs X and Y of the transducers for the time moments t and t+1;
A - valoarea activităţii motrice; A - the value of motor activity;
K - un anumit coeficient de scară. K - a certain scale coefficient.
Este evident că valoarea rezultantă A va fi echivalentă atât cu orice deplasare a traductorului în lungul axelor X şi Y, cât şi cu orice schimbare dinamică a înclinaţiei planului XY. Excepţie va fi numai mişcarea planului strict în lungul axei Z. Acum vom examina deplasările posibile ale traductorului fixat pe mână. Să admitem că corpul uman se află în stare de repaus şi se mişcă numai mâna lui. Este evident că la mişcare traductoarele vor înregistra atât înclinaţiile planului XY, cât şi deplasările liniare în lungul acestor axe. Totodată, valoarea calculată A va fi echivalentă cu intensitatea mişcărilor în toate cazurile, cu excepţia mişcării strict perpendiculare cu planul XY, adică în lungul axei Z. Această mişcare este posibilă doar la încercarea de a ridica vertical în sus mâna îndoită la articulaţia cotului. În cazul mâinii întinse din contul faptului că mâna este fixată în articulaţia umărului, mişcarea verticală în sus (de-a lungul axei Z) fără deplasarea după axe (X şi Y) este absolut imposibilă. În realitate corpul sportivului de asemenea se mişcă, de aceea traductorul va fixa şi deplasările liniare care sunt rezultatul mişcărilor corpului uman. Totodată, cu cât mai intensivă va fi mişcarea corpului uman (a mâinii lui), cu atât mai mare va fi valoarea A. Dacă această valoare va fi acumulată în cursul unei perioade de timp definită T=n* t, atunci ea poate servi ca măsură determinată a activităţii motrice (intensităţii mişcării). It is obvious that the resulting value A will be equivalent to both any displacement of the transducer along the X and Y axes, and to any dynamic change in the inclination of the XY plane. The only exception will be the movement of the plane strictly along the Z axis. Now we will examine the possible displacements of the transducer fixed on the hand. Let us assume that the human body is at rest and only his hand moves. It is obvious that during movement the transducers will record both the inclinations of the XY plane and the linear displacements along these axes. At the same time, the calculated value A will be equivalent to the intensity of the movements in all cases, except for the movement strictly perpendicular to the XY plane, i.e. along the Z axis. This movement is possible only when trying to raise the hand bent at the elbow joint vertically upwards. In the case of an outstretched hand, due to the fact that the hand is fixed in the shoulder joint, vertical movement upwards (along the Z axis) without movement along the axes (X and Y) is absolutely impossible. In reality, the athlete's body also moves, therefore the transducer will also record the linear displacements that are the result of the movements of the human body. At the same time, the more intensive the movement of the human body (of his hand), the greater the value A will be. If this value is accumulated over a defined period of time T=n* t, then it can serve as a determined measure of motor activity (intensity of movement).
Utilizarea traductoarelor cu două coordonate în locul traductorului de deplasări unghiulare cu trei coordonate simplifică considerabil atât realizarea echipamentului dispozitivului (presupune un număr mai mic de subansambluri), cât şi algoritmul de calculare a activităţii motrice. Bineînţeles că traductorul cu două coordonate (traductorul ADXL202E costă 8,5$ [http://www.analog.com]) are un preţ considerabil mai redus decât trei traductoare de acceleraţii unghiulare (3 giroscoape ADXRS150 costă 90$ [http://www.analog.com]). The use of two-coordinate transducers instead of a three-coordinate angular displacement transducer considerably simplifies both the device hardware (it requires fewer subassemblies) and the motor activity calculation algorithm. Of course, the two-coordinate transducer (the ADXL202E transducer costs $8.5 [http://www.analog.com]) is considerably cheaper than three angular acceleration transducers (three ADXRS150 gyroscopes cost $90 [http://www.analog.com]).
Procedeul de determinare a activităţii motrice a corpului uman va fi înţeles din funcţionarea dispozitivului. The process of determining the motor activity of the human body will be understood from the operation of the device.
Dispozitivul de determinare a activităţii motrice a corpului uman funcţionează în modul următor. The device for determining the motor activity of the human body works in the following way.
Traductoarele de deplasări liniare 1 şi 2 - (de exemplu, ADXL202E) ce măsoară deplasările liniare în direcţia axelor reciproc perpendiculare (X şi Y) sunt plasate pe corpul uman, de exemplu pe carpul mâinii. La mişcarea corpului, inclusiv a mâinii, la ieşirile de semnalizare ale traductoarelor 1, 2 se regenerează o tensiune echivalentă cu deplasările liniare sau înclinaţiile planului XY, aceste valori se înregistrează la intrarea convertizorului analaogic-numeric 4 prin intermediul multiplexorului analogic 3, care este dirijat de către microcontroler 5. Semnalele se cifrează în convertizorul analogic-numeric 4 şi de la ieşirea lui se lansează la intrările microcontrolerului 5, în care se produce calculul conform formulei indicate mai sus şi memorarea valorii obţinute în blocul de memorie rapidă 6. Celelalte intrări/ieşiri ale microcontrolerului 5 sunt conectate la intrările/ieşirile interfeţei rapide USB 7, ieşirea căreia poate fi conectată la calculatorul electronic exterior pentru citirea rapidă a datelor înregistrate. Multiplexorul analogic 3, convertizorul analogic-numeric 4, microcontrolerul 5, blocul de memorie flash 6, interfaţa rapide USB 7 sunt subansamblurile interioare (ale microcircuitului C8051F342). Linear displacement transducers 1 and 2 - (e.g., ADXL202E) that measure linear displacements in the direction of mutually perpendicular axes (X and Y) are placed on the human body, for example on the wrist. When the body moves, including the hand, a voltage equivalent to the linear displacements or inclinations of the XY plane is regenerated at the signaling outputs of the transducers 1, 2, these values are recorded at the input of the analog-to-digital converter 4 through the analog multiplexer 3, which is controlled by the microcontroller 5. The signals are encoded in the analog-to-digital converter 4 and from its output they are launched at the inputs of the microcontroller 5, where the calculation is performed according to the formula indicated above and the value obtained is stored in the fast memory block 6. The other inputs/outputs of the microcontroller 5 are connected to the inputs/outputs of the fast USB interface 7, the output of which can be connected to the external electronic computer for fast reading of the recorded data. The analog multiplexer 3, the analog-to-digital converter 4, the microcontroller 5, the flash memory block 6, the fast USB interface 7 are the internal subassemblies (of the C8051F342 microcircuit).
Avantajele procedeului şi dispozitivului propuse constau în: The advantages of the proposed process and device consist of:
- reducerea consumului de aparate în comparaţie cu soluţia cea mai apropiată; - reducing appliance consumption compared to the closest solution;
- reducerea costului dispozitivului în comparaţie cu soluţia cea mai apropiată; - reducing the cost of the device compared to the closest solution;
- lipsa necesităţii de a acţiona asupra corpului uman cu câmpuri electrostatice, electromagnetice şi alte câmpuri dăunătoare pentru sănătate; - lack of need to act on the human body with electrostatic, electromagnetic and other fields harmful to health;
- omul supus încercărilor este absolut liber de delimitări teritoriale (nici cu fixări, nici cu echipamentul utilizat, nici cu zona de vizibilitate sau radiorecepţia sigură); - the person undergoing the tests is absolutely free from territorial delimitations (neither with fixations, nor with the equipment used, nor with the visibility area or reliable radio reception);
- omul supus încercărilor este complet liber de orientarea concretă în spaţiu, de exemplu, ca traductoarele să fie iluminate sau întoarse spre antena de recepţie sau fotoreceptor; - the person undergoing the tests is completely free from concrete orientation in space, for example, that the transducers are illuminated or turned towards the receiving antenna or photoreceptor;
- viteza de înregistrare în procedeul şi dispozitivul dat este esenţial mai mare decât în dispozitivele comparabile, deoarece nu se limitează la necesitatea măsurărilor manuale, nici la capacităţile de trecere a canalelor de telecomunicaţie etc.; - the recording speed in the given method and device is essentially higher than in comparable devices, because it is not limited to the need for manual measurements, nor to the throughput capacities of telecommunication channels, etc.;
- dispozitivele utilizate în procedeul revendicat sunt autonome, adică nu au legătură în timpul măsurărilor şi înregistrării nici cu calculatorul, nici cu alimentarea exterioară, prin urmare, nu au conductoare sau alte elemente care împiedică mişcarea firească a corpului uman supus încercărilor. - the devices used in the claimed process are autonomous, meaning that they are not connected during measurements and recording to either the computer or the external power supply, therefore, they do not have conductors or other elements that prevent the natural movement of the human body subjected to the tests.
Exemplu de realizare a invenţiei Example of embodiment of the invention
Procedeul de determinare a activităţii motrice a corpului uman constă în aceea că în punctul determinat selectat (de exemplu, pe mână se amplasează un dispozitiv cu două coordonate de determinare a deplasărilor liniare (accelerometru). La dispozitivul dat axele rezultante sunt amplasate de-a lungul axelor reciproc perpendiculare X şi Y. Datorită capacităţii traductorului cu două coordonate de a reacţiona atât la deplasările liniare de-a lungul axelor rezultante X şi Y, cât şi la înclinaţiile planului amplasat pe aceste axe, practic orice mişcare a punctului determinat, cu excepţia mişcării de-a lungul axei Z, strict vertical axelor X şi Y fără deplasările liniare ale planului XY, va provoca apariţia unui semnal de ieşire la ieşirile echivalente ale traductorului (Xout şi Yout). Semnalele de la aceste ieşiri se cifrează cu ajutorul unui convertizor analogic-numeric şi se prelucrează nemijlocit în dispozitivul de măsură, tot aceste date pot fi citite într-un calculator electronic exterior pentru memorarea rezultatelor (de exemplu, în baza de date a sportivilor). Cifrarea semnalelor de ieşire ale traductoarelor se efectuează în intervale egale de timp t. Prelucrarea semnalelor cifrate obţinute în cel mai simplu caz se reduce la calcularea sumei valorilor absolute ale diferenţelor dintre semnalele de ieşire pentru fiecare două măsurări succesive pe fiecare din canalele (/Xti-Xti+1/+/Yti-Yti+1/). Traductorul ca şi oricare alt traductor posedă o anumită sensibilitate exprimată, de exemplu, în milivolţii semnalului de ieşire la o unitate de deplasare (de exemplu, înclinaţia în grade, accelerarea în g sau deplasarea liniară în metri. Pentru conversia valorii calculate în unităţile de măsură necesare se utilizează un coeficient de scară K (de exemplu, dacă semnalul de ieşire în documentaţia pentru traductor (accelerometru) se citează în volţi, iar nouă ne este mai comod să lucrăm cu semnalul de ieşire în milivolţi, valoarea K=1000). De obicei sumele valorilor absolute ale diferenţelor dintre semnalele de ieşire se sumează într-un interval de timp de măsură predeterminat T=n*t, unde t - intervalul de măsurări, n - numărul de măsurări. Rezultatul obţinut, înmulţit cu coeficientul de scară K constituie valoarea activităţii motrice A. The procedure for determining the motor activity of the human body consists in placing a two-coordinate device for determining linear displacements (accelerometer) at a selected determined point (for example, on the hand). In this device, the resultant axes are located along the mutually perpendicular axes X and Y. Due to the ability of the two-coordinate transducer to react both to linear displacements along the resultant axes X and Y, and to the inclinations of the plane located on these axes, practically any movement of the determined point, except for movement along the Z axis, strictly perpendicular to the X and Y axes without linear displacements of the XY plane, will cause the appearance of an output signal at the equivalent outputs of the transducer (Xout and Yout). The signals from these outputs are encoded using an analog-to-digital converter and processed directly in the measuring device, all this data can be read into an external electronic computer for storing the results (for example, in the database of athletes). The encoding of the output signals of the transducers is performed in equal time intervals t. The processing of the encoded signals obtained in the simplest case is reduced to calculating the sum of the absolute values of the differences between the output signals for each two successive measurements on each of the channels (/Xti-Xti+1/+/Yti-Yti+1/). The transducer, like any other transducer, has a certain sensitivity expressed, for example, in millivolts of the output signal per unit of displacement (for example, inclination in degrees, acceleration in g or linear displacement in meters). To convert the calculated value into the required units of measurement, a scale coefficient K is used (for example, if the output signal in the documentation for the transducer (accelerometer) is quoted in volts, and it is more convenient for us to work with the output signal in millivolts, the value K=1000). Usually, the sums of the absolute values of the differences between the output signals are summed up in a predetermined measurement time interval T=n*t, where t - the measurement interval, n - the number of measurements. The obtained result, multiplied by the scale coefficient K, constitutes the value of the motor activity A.
A=K* ()/Xti-Xti+1/+/Yti-Yti+1/), unde A=K* ()/Xti-Xti+1/+/Yti-Yti+1/), where
Xt1.Xti+1,Yti, Yti+1 - semnalele cifrate de la ieşirile analoage X şi Y ale traductoarelor pentru momentele de timp t şi t+1; Xt1.Xti+1,Yti, Yti+1 - the encoded signals from the analog outputs X and Y of the transducers for the time moments t and t+1;
K - coeficientul de scară; K - scale coefficient;
A - valoarea activităţii motrice. A - the value of motor activity.
1. Axel Mulder / School of Kinesiology, Simon Fraser University, 8 May 1998 1. Axel Mulder / School of Kinesiology, Simon Fraser University, 8 May 1998
2. Bioengineering Technology & Systems&Superfluo: ELITE Date 2. Bioengineering Technology & Systems&Superfluo: ELITE Data
3. Selspot AB: SELSPOT II Date: Northern Digital Inc: Optotrak Date 3. Selspot AB: SELSPOT II Data: Northern Digital Inc: Optotrak Data
4 RU 2257846 C1 2005.08.10 4 RU 2257846 C1 2005.08.10
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20090022A MD22Z (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method and device for determining the motion activity of human body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20090022A MD22Z (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method and device for determining the motion activity of human body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD22Y true MD22Y (en) | 2009-05-31 |
| MD22Z MD22Z (en) | 2009-12-31 |
Family
ID=40901762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDS20090022A MD22Z (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method and device for determining the motion activity of human body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD22Z (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD4164C1 (en) * | 2010-03-04 | 2012-11-30 | Еуджен МОРАРУ | Method for the formation of skills for doing physical exercises during the morning exercises and during the day in children, and system for implementing the method |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6978184B1 (en) * | 2002-07-29 | 2005-12-20 | Marcus Frank I | Optimization method for cardiac resynchronization therapy |
| US6980850B1 (en) * | 2002-12-30 | 2005-12-27 | Pacesetter, Inc. | System and method for emulating a surface EKG using an implantable cardiac stimulation device |
| EP1648295A4 (en) * | 2003-06-26 | 2010-01-06 | Hoana Medical Inc | Radiation stress non-invasive blood pressure method |
| RU2257846C1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАУРУС" | Method and device for registering human movements |
| AU2005247045B2 (en) * | 2004-05-25 | 2011-01-27 | Andrew J Ronchi | Apparatus and method for monitoring strain and/or load applied to a mammal |
-
2006
- 2006-12-21 MD MDS20090022A patent/MD22Z/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD4164C1 (en) * | 2010-03-04 | 2012-11-30 | Еуджен МОРАРУ | Method for the formation of skills for doing physical exercises during the morning exercises and during the day in children, and system for implementing the method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD22Z (en) | 2009-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hamilton et al. | Reliability of goniometers in assessing finger joint angle | |
| Álvarez et al. | Upper limb joint angle measurement in occupational health | |
| Krigslund et al. | A novel technology for motion capture using passive UHF RFID tags | |
| US20180143696A1 (en) | Body posture detection system, suit and method | |
| CN202553940U (en) | Gait analytical apparatus | |
| Bessone et al. | Validation of a new inertial measurement unit system based on different dynamic movements for future in-field applications | |
| EP4067817B1 (en) | System and method for spatial positioning of magnetometers | |
| CN110101388B (en) | Portable spine measuring instrument and method based on MIMU | |
| WO2017081497A1 (en) | Device for digitizing and evaluating movement | |
| US10893826B2 (en) | Electronic caliper for assessing patient biomechanics | |
| Castañeda et al. | Knee joint angle monitoring system based on inertial measurement units for human gait analysis | |
| RU2257846C1 (en) | Method and device for registering human movements | |
| EA011541B1 (en) | A method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method | |
| MD22Y (en) | Method and device for determining the motor activity of the human body | |
| CN205163083U (en) | Digital wrist range of motion measuring instrument | |
| RU79239U1 (en) | FINGER TREMOR REGISTRATION SYSTEM | |
| Barraza-Madrigal et al. | Instantaneous position and orientation of the body segments as an arbitrary object in 3D space by merging gyroscope and accelerometer information | |
| de la Haye Chamorro et al. | Design of an electrogoniometer based on accelerometers for the evaluation of sports gesture in weight lifting | |
| Bera et al. | A LabVIEW based data acquisition system for electrical impedance tomography (EIT) | |
| Lebel et al. | Assessing the Validity of Attitude and Heading Reference Systems for Biomechanical Evaluation of Motions-A Methodological Proposal | |
| EA011540B1 (en) | Method for determining human's (sportsman) motion activity and apparatus therefor | |
| US6371930B1 (en) | Method and apparatus for mapping contoured surfaces particularly useful in preparing artificial dental crowns | |
| Gilad et al. | A technique for assessment of torso kinesiology | |
| CN219895734U (en) | An external device for sensing the motion status of both sides of the knee joint | |
| Katkar et al. | Design of Optical Fiber Goniometer Having Physiotherapeutic Application for Measurement of Tilt in Human Joints |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MK4Y | Short term patent expired |