NL1030440C2

NL1030440C2 - Bewegingsvolgsysteem.

Info

Publication number: NL1030440C2
Application number: NL1030440A
Authority: NL
Inventors: Petrus Hermanus Veltink; Per Johan Slycke; Daniel Roetenberg
Original assignee: Univ Twente; Xsens Technologies
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-05-21
Also published as: EP1959831B1; ATE473681T1; WO2007058526A1; DE602006015517D1; EP1959831A1; US20090278791A1

Description

Titel: Bewegingsvolgsysteem Achtergrond

De uitvinding heeft betrekking op een bewegingsvolgsysteem voor het volgen van een uit objectdelen samengesteld object in een driedimensionale ruimte. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op 5 een bewegingsvolgsysteem voor het volgen van de bewegingen van een menselijk lichaam.

Meting van lichaamsbeweging met een hoge resolutie is belangrijk voor vele medische, sport en ergonomische toepassingen. Verder is er in de film en computerspel markt veel behoefte aan bewegingsdata ten behoeve 10 van geavanceerde animatie en special effects. Tenslotte is bijvoorbeeld voor training en simulatie bewegingsdata nodig in Virtual Reality (VR) en Augmented Reality (AR) toepassingen.

Op dit moment zijn er een aantal beschikbare technologieën voor het volgen en vastleggen van bewegingsdata. Deze vereisen in het algemeen i 15 dat een infrastructuur wordt aangelegd rondom het te volgen object. Een voorbeeld hiervan zijn optische systemen die gebruik maken van een groot aantal camera's, vast opgesteld rond het object waarvan de beweging gevolgd moet worden. Een optisch meetsysteem kan dus alleen de beweging volgen van het object in het volume die met de camera’s wordt vastgelegd.

20 Verder heeft een camerasysteem last van occlusie wanneer het zicht van de camera op het object door een ander voorwerp wordt onttrokken of werkt het niet onder bepaalde lichtomstandigheden. Een ander voorbeeld van systemen die een infrastructuur nodig hebben zijn systemen die positie en oriëntatie kunnen volgen op basis van het opwekken van magnetische 25 velden en het detecteren van opgewekte veld met een magnetometer. Het voordeel van dergelijke magnetische systemen is dat zij geen last hebben van occlusie en dat zij in elke lichtomstandigheid kunnen werken. Echter, dit soort systemen zijn juist relatief gevoelig voor magnetische verstoringen.

1030440_ 2

Verder hebben deze systemen relatief grote zenders nodig door de snelle afname in magnetisch veldsterkte (l/d3). Een typische zender met een bereik van slechts 1 m heeft een afmeting van 10x10x10 cm en een gewicht van 2 kg. Zenders met een groter bereik van 3 m hebben een afmeting van 5 30x30x30 cm.

In vele gevallen bestaat de wens om bewegingsdata van lichaamssegmeriten ambulant op elke plek, zonder afhankelijkheid van voorzieningen in de omgeving te kunnen meten.

Een technologie die hiervoor zeer geschikt is maakt gebruik van 10 inertiële sensoren in combinatie met aardmagneetveld sensoren. Inertiële sensoren meten, onafhankelijk van andere systemen hun eigen beweging, en kunnen daarbij gebruiken maken van de zwaartekrachtversnelling als referentie stelsel. De magneetveld sensoren meten het aardmagneetveld dat wordt gebruikt als referentie voor de voorwaartse richting (het noorden).

15 Dergelijke inertiële en magnetische meetmodules (geïntegreerde 3-assige versnellingsopnemers, gyroscopen en magnetometers) kunnen echter alleen oriëntaties ten opzichte van een vast aardgebonden assenstelsel meten.

Het is niet zonder meer mogelijk om met dergelijke inertiële sensoren positie te meten door de versnelling twee maal te integreren, 20 immers, de beginpositie is onbekend. Verder zal de fout van de positieschatting in de tijd zeer snel toenemen vanwege integratie “drift” tengevolge van optelling van ruis, offset en verkeerd afgetrokken zwaartekrachtversnelling ten gevolge van oriëntatie fouten. Door inertiële sensoren te combineren met bijvoorbeeld een ultrageluid meetsysteem of 25 optische meetsystemen is het mogelijk om positie te meten. Echter, door de combinatie met dergelijke systemen is het bewegingsvolgsysteem als geheel weer afhankelijk van externe systemen, en dus niet ambulant.

Beschrijving stand der techniek

Het US octrooi nr. 5,744,953, Hansen, 1998, “Magnetic motion 30 tracker with transmitter placed on tracked object” toont een configuratie die 10 3 0 4 40 3 bedoeld is om geschikt te zijn om ambulant op het menselijk lichaam te dragen. De configuratie bevat magneetveldsensoren die een magneetveld detecteren dat door een zender wordt opgewekt die op het lichaam is gepositioneerd. De bewegingsvolging, in het bijzonder, de relatieve 5 bewegingsvolging van de samengestelde lichaamsdelen, geschiedt derhalve door bemonstering van de magneetveldsensoren. De magneetveldsensoren worden in de ruimte gelokaliseerd door combinatie met de versnellingsopnemers, die de positie ten opzichte van de grond kunnen markeren. Om voldoende tijdsresolutie te krijgen is het nodig de zender op 10 een hoge frequentie magneetvelden uit te laten zenden. Hierdoor is relatief veel vermogen benodigd waardoor dit systeem in de praktijk beperkt is in zijn toepassingsmogelijkheden.

Het US octrooi nr 6,691,074 toont een combinatie van magneetspoel-detectoren en accelerometers, waarbij de zenders niet op het 15 lichaam zijn geplaatst. De bewegingsinformatie wordt afgeleid door combinatie van signalen van de magneetspoeldetectoren en de accelerometers, in het bijzonder, door middel van Kalman filtering. Op deze wijze is het mogelijk om verstoringen in het gegenereerde magneetveld, iets waar magnetische systemen altijd mee kampen, te detecteren en wordt de 20 bewegingsvolging ongevoeliger voor magnetische verstoringen. Het getoonde systeem heeft vast opgestelde zenders waardoor een afhankelijkheid ontstaat van voorzieningen in de omgeving.

Het US octrooi nr. 5.930.741 bespreekt het gebruik van snellere en langzamere sensoren, waaronder inertiële sensoren en magnetische 25 sensoren. Het systeem maakt echter gebruik van externe magneetveldzenders, die nadelig zijn bij ambulant gebruik.

Samenvatting van de uitvinding

Een doel van de uitvinding is te voorzien in een systeem waarin posities van een object, in het bijzonder van objectdelen onderling, en 30 oriëntaties van objectdelen ambulant op elke plek, zonder afhankelijkheid 1030440 4 van voorzieningen in de omgeving kunnen worden gemeten. Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een systeem waarbij de benodigde vermogens relatief beperkt zijn zodat een acceptabele tijd met het systeem kan worden gemeten. Dit doel wordt bereikt door een systeem volgens 5 conclusie 1. In het bijzonder is de processor geconfigureerd om de zenders een intermitterend magneetveld uit te laten zenden, waarbij de positie en/of oriëntatie-informatie in een periode gelegen tussen het intermitterende zenden, wordt afgeleid door de bewegingsinformatie afkomstig van de inertiële meetmodule, die periodiek wordt geijkt met de 10 bewegingsinformatie afkomstig van de magnetische meetmodule.

Derhalve worden op regelmatige tijden relatieve positie- en oriëntatiemetingen gedaan met het magnetische veld sensorsysteem.

Hierdoor wordt drift in de positiedetectie van de versnellingsopnemers voorkomen. Verder worden parameters van een model van de sensoren, 15 zoals bijvoorbeeld de offset en/of gain van de versnellingsopnemers geïdentificeerd, bij voorkeur met behulp van signaalverwerkingsmethoden die schatting van stochastische signalen mogelijk maken, zoals Kalman-filters. Met behulp van de inertiële module kunnen oriëntaties worden bepaald en veranderingen van positie, in het bijzonder door dubbele 20 integratie in de tijd van versnellingen na een rotatie van de signalen naar het inertiële coördinatenstelsel en het aftrekken van de zwaartekrachtversnelling. Door deze configuratie kan derhalve worden volstaan met een relatief lage zendfrequentie van de magnetische veldzenders, omdat de uitvoer van de magnetische meetmodule in 25 hoofdzaak dient voor het ijken van de oriëntatie en positie-informatie verkregen uit de inertiële module. Hierdoor kan het benodigde vermogen aanmerkelijk worden teruggebracht waardoor het systeem lichter kan worden uitgevoerd en waardoor ambulante toepassingen over voldoende lange perioden (uren tot een dag) mogelijk kunnen zijn. Tevens kan het _10 3 0 4 40_ 5 systeem aanmerkelijk goedkoper worden uitgevoerd dan de nu beschikbare bewegingsvolgsystemen.

De relatieve posities en oriëntatieschattingen kunnen daarnaast nog worden verbeterd door gebruik te maken van anatomische kennis van 5 het lichaam en typische bewegingskarakteristieken.

Korte beschrijving van figuren

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de figuur. Hierin toont: 10 Figuur 1 een schematische weergave van het fuseren van meetgegevens, waarbij op tijdstippen tl en t2 een calibratie wordt toegepast van de inertiële sensoren;

Figuur 2 een schematische voorstelling van een bewegingsvolgsysteem op een te volgen lichaam aangebracht; 15 Figuur 3 een schematische weergave van een modelmatige weergave van het lichaam van Figuur 2;

Figuur 4 een schematische weergave van een bewegingsvolgsysteem met zenders en ontvangers gemonteerd op één lichaamsdeel; 20 Figuur 5 een schematische weergave van de algemene signaalverwerkingsstructuur ;

Figuur 6 een verder schematische weergave van de signaalverwerkingsstructuur;

Figuur 7 een nader gedetailleerde schematische weergave van de 25 signaalverwerkingsstructuur; en

Figuur 8 een voorkeursuitvoeringsvorm toont van een sensorcluster voor gebruik in een systeem volgens de uitvinding.

Beschrijving van de uitvinding aan de hand van figuren 1 0 3 0 4 40_ 6

In Figuur 1 wordt het principe getoond van het samenvoegen van gegevens van data afkomstig uit een inertiële meetmodule, periodiek geijkt door gegevens afkomstig van een gepulseerd magnetisch sensor systeem. Hiertoe laat afbeelding C een schematische weergave zien van een 5 proefpersoon die een arm 1 met daarop een magnetische sensor 2 en een inertiële meetmodule 3 beweegt van een eerste positie 4 naar een tweede positie 5 tussen de tijdstippen tx en t2. Op de romp 6 is een magnetische veldzender 7 bevestigd, typisch een stroomspoel voor het genereren van een magnetisch dipool veld. Op beide tijdstippen wordt een meting uitgevoerd 10 met behulp van het magnetische systeem, dat in het bijzonder magnetische meetmodule 2 en magnetische veldzenders 7 omvat. Deze metingen dienen voor het bepalen van de relatieve posities en oriëntaties van arm 1 op die tijdstippen ti en t2 en voor het herijken van de meetgegevens afkomstig van de inertiële meetmodule 3 (zie afbeelding A). Op deze wijze kunnen de 15 relatieve posities van enkele op het lichaam aangebrachte meetpunten worden bijgewerkt door het gepulseerde magnetische sensor systeem 2, 7 (zie afbeelding B, waarin de meetgegevens van A wordt "samengevoegd" met de metingen op tijdstippen ti en t2). Hierdoor kan in de tussenliggende tijdsperiode de positie- en oriëntatieverandering worden geschat van 20 metingen afkomstig van de inertiële meetmodule 3. In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de magnetische meetmodule en de inertïele module geïntegreerd in een sensorcluster 9. De uitvoer van de inertiële module kan momentane versnellings- en oriëntatiedata opleveren. Hiervoor kan typerend een lineaire accelerometer worden gebruikt in combinatie met 25 een gyroscoop, zoals nader beschreven onder verwijzing naar Figuur 8. Door met behulp van de gyroscoop de oriëntatie van de lineaire versneller te registreren kan een werkelijke versnelling van het objectdeel berekend worden na aftrek van de zwaartekrachtsversnelling. Daartoe wordt de berekende werkelijke versnelling twee maal in de tijd geïntegreerd, wat een 1030440 7 positiewaarde oplevert. De door de integratie en onnauwkeurigheden van de inertiële module bijkomende drift kan worden gecorrigeerd door periodieke positie-ijking door middel van het magnetische sensorsysteem 2, 7. Uit deze correctie kunnen bijvoorbeeld parameters in het sensor model van het 5 inertiële systeem 3 worden verkregen.

Uit de figuur volgt dat de veldzenders 7 een zendfrequentie kunnen hebben die lager is de een voorbepaalde bemonsteringsfrequentie die gerelateerd is aan een door het systeem gehaalde bewegingsresolutie. Deze resolutie kan worden gehaald door tussengelegen metingen die periodiek 10 worden herijkt met de genoemde magnetische meetmodule 2. Typisch is zo'n zendfrequentie lager dan 10 Hz.

Figuur 2 toont een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij een lichaam 8 is getoond dat is voorzien van magnetische veldzenders 7. Daartoe zijn de zenders 7 geïntegreerd in kleding en is ten minste één 15 stroomspoel rond de romp 6 gewikkeld voor het opwekken van een magnetisch veld. Ook andere lichaamsdelen kunnen worden benut om door middel van een stroomspoel bestemd te omsluiten. Hierdoor wordt een goede fixatie van de zender ten opzichte van het lichaamsdeel bereikt.

In de kleding kunnen verder sensorclusters 9 zijn geïntegreerd, die 20 een inertiële module 3 en een magnetische meetmodule 2 omvatten. Deze sensorclusters 9 zijn verspreid over meerdere lichaamsdelen zodat van de respectieve lichaamsdelen de relatieve positie ten opzichte van de zender kan worden bepaald. Vanzelfsprekend kunnen de sensorclusters 9 ook met ' andere bevestigingsconstructies op het lichaam worden aangebracht, zoals i 25 een band of dergelijke. Indien in de kleding geïntegreerd heeft het wederom voordeel als een lichaamsdeel wordt omvat door de veldzender 7, in het bijzonder, door de spoel voor het zenden van een magnetisch veld.

De magnetische meetmodules 2 kunnen verder gevoelig zijn voor het aardmagnetisch veld B, dat een vaste as in de ruimte definieert. Deze 30 oriëntatie in de ruimte kan verder worden bepaald door afleiden van de 1030440 8 zwaartekrachtsversnelling g door middel van de inertiële meetmodule 3, in het bijzonder, de daarin aanwezige gyroscopen, zoals onder verwijzing naar Figuur 8 is toe gelicht.

Dienovereenkomstig is in Figuur 2 een aantal zenders 7 weergeven 5 met een ten opzichte van ten minste één lichaamsdeel in vaste positionele relatie voor het zenden van respectieve magnetische velden, met onderling verschillende hoofdrichtingen. In het bijzonder zijn in Figuur 2 drie zenders 7, 7,' 7" weergeven met onderling verschillende hoofdrichtingen voor het in drie dimensies kunnen bepalen van een afstand en ruimtelijke oriëntatie 10 (d.w.z. zes vrijheidsgraden) ten opzichte van de zender van een lichaamsdeel, in het bijzonder, van een op het lichaamsdeel aangebracht sensorcluster 9 van veldontvangers 2 voor het ontvangen van de respectieve magnetische velden van de zenders 7. Daartoe zijn een processor 10 en benodigde regel en besturingscircuits 11 voorzien voor het aansturen van 15 de zenders 7 en het ontvangen en versterken van de veldontvangers 2 en inertiële meetmodule 3 ontvangen signalen. De sensorclusters 9 kunnen verder elk een inertiële meetmodule 3 omvatten voor het registreren van een lineaire en/of hoeksnelheid in drie hoofdrichtingen. De circuits 11 zijn zo ingericht dat deze de signalen afkomstig van de inertiële meetmodule 3 20 kunnen ontvangen en verwerken en in geschikte vorm doorgeven aan de processor 10. Derhalve is de processor 10 geprogrammeerd voor het besturen van de zenders 7 en het ontvangen van signalen afkomstig van de veldontvangers 2 en de inertiële meetmodules 3.

Verder omvat de processor 10 een module voor het afleiden van 25 positie- en oriëntatie informatie van de lichaamsdelen op basis van de ontvangen signalen. De processor 10 is daartoe zodanig geconfigureerd dat de zenders 7 intermitterend worden aangestuurd met een bepaalde (niet noodzakelijk vaste) tijdsperiode. Zoals met verwijzing naar Figuur 1 is uiteengezet wordt door de processor de positie— en oriëntatie-informatie 30 gedurende de tijdsperiode afgeleid door de bewegingsinformatie afkomstig | 10 3 0 440 9 van de inertiële meetmodules 3 en de magnetische veldontvanger 2 die J gedurende de tijdsperiode het aardmagnetisch veld B kan meten . Periodiek j wordt deze informatie geijkt met de bewegingsinformatie afkomstig van de door veldontvangers 2 gemeten magneetvelden van zender 7. Door 5 informatieredundantie kan de processor de positie-informatie relateren ten opzichte van een vaste as in de ruimte die wordt afgeleid uit het zwaartekrachtveld g en/of het aardmagnetische veld B. Daartoe wordt met voordeel gebruik gemaakt van een stochastisch meest-aannemelijksheid schatter, zoals b.v. een Kalman filter.

10 De periode gelegen tussen het intermitterende zenden kan op basis van een afgeleide meetfout worden bepaald, zodat bijvoorbeeld een overschrijden van een bepaalde drempelwaarde daarvan een nieuwe cyclus van oriëntatie en/of positiemeting door middel van magnetische velden kan activeren.

15 Figuur 3 toont een verdere weergave van een objectmeting, waarbij schematisch is weergegeven dat het object, in dit geval een menselijk lichaam 8', wordt gemodelleerd aan de hand van een aantal starre segmenten die beweegbaar ten opzichte van elkaar zijn. Door de ontvangen waarden van de magneetveldontvangers 2 en de inertiële meetmodules 3 te 20 relateren aan het model kan een verhoogde nauwkeurigheid worden bereikt bij de positie- en oriëntatiemeting. Onder de voeten 12 van de te volgen persoon kunnen verder een aantal sensoren zijn aangebracht (niet weergegeven) voor het meten van een grondreactiekracht en draaimoment. Op deze wijze kan nog een verdere vaste oriëntatie in de ruimte worden 25 afgeleid en kunnen interne krachten en momenten van het te volgen object worden afgeleid.

Figuur 4 toont nog een verdere uitvoeringsvorm waarbij op ten minste enkele lichaamsdelen zowel een zender 7 als een sensorcluster 9 (magnetische sensor module 2 en inertiële meetmodule 3) is aangebracht.

30 Doordat deze een vaste afstandsrelatie ten opzichte van elkaar hebben kan 103 0 4 4 10 ! i informatie afkomstig uit deze ontvanger worden benut voor calibratie en correctiedoeleinden van de meetwaarden verkregen van andere, niet star ten opzichte van de zender 7 gepositioneerde sensorclusters 9. Derhalve worden in deze configuratie de ontvangers op verschillende lichaamsdelen 5 geplaatst waarbij steeds een magnetische sensor 2 is geplaatst op eenzelfde segment als de zender 7, waarbij overigens de sensor 2 ook op een andere plek relatief tot de zender 7 geplaatst kan worden, of niet op hetzelfde segment. In de getoonde uitvoeringen zijn de zenders 7 drie één-assige spoelen, geplaatst op één segment (de romp 6) maar wel op verschillende 10 posities, die essentieel in onderlinge relatie een 3D geheel vormen. Andere configuraties zijn uiteraard mogelijk van 1, 2 of 3D transmitters, meerdere geplaatst op verschillende posities op het lichaam waarbij een redundantie wordt bereikt door velden te genereren in meer dan drie onderling verschillende ruimtelijke richtingen. Verder wordt hiermee een voordeel 15 bereikt dat de zenders minder krachtig behoeven te zijn omdat ze afgesteld kunnen worden op een geringer bereik, bijvoorbeeld, alleen een onderste deel van het lichaam of alleen een bovenste deel van het lichaam. Een verder voordeel van de gedistribueerde zenderconfiguratie is dat locale verstoringen van het magneetveld zo minder kunnen zijn door relatief 20 grotere veldsterkte van de op korte afstand geplaatste zender. In het bijzonder dient daarbij bedacht te worden dat de veldsterkte van een magneetspoel een dipoolveld is dat een afvalkarakteristiek heeft van 1/d3.

In het bijzonder maakt de relatief lage aansturingsfrequentie van de zenders het mogelijk om een groot aantal tijdslots, en daarmee ook een groot 25 aantal gedistribueerde zenders te gebruiken zonder dat er interferentie optreedt tussen de verschillende zenders. Daarbij kan ook de korte range van de zenders worden benut zodat op een bepaalde afstand van elkaar geplaatste zenders onafhankelijk van elkaar kunnen worden aangestuurd.

De figuren Figuur 5 - Figuur 7 geven schematisch weer hoe de 30 signaalverwerking van het bewegingsvolgsysteem volgens de uitvinding is I

j 1030440_ ________~ I ___ 11 georganiseerd. Een eerste stap is het periodiek combineren van de data afkomstig van het magnetische volgsysteem 13 en de data, in het bijzonder, de gemeten hoeksnelheden en lineaire versnellingen afkomstig van het inertiële meetsysteem 14. Deze gegevens worden gecombineerd in module 5 15 voor het afleiden van positie-en oriëntatieinformatie van de samengestelde objectdelen van het object op basis van de ontvangen signalen.

In Figuur 6 worden de aldus verkregen positie en oriëntatie gegevens van een enkele sensor gecombineerd in een tweede module 16 met de 10 gegevens van de andere sensoren, in combinatie met een terugvoerlus die informatie bevat over parameters van een model van de fout van de sensor module. Hieruit volgt een definitieve schatting van de beweging, in het bijzonder, de positie en oriëntatie van de verschillende gemeten lichaamssegmenten, van het lichaam. Beide modules 15, 16 maken met 15 voordeel gebruik van zg. Kalman filter methodes. Hieruit kunnen, mede door overbepaaldheid van de metingen ook de instantane meetfouten, in het bijzonderde systeem en modelfouten worden geschat. Fouten in het lichaamsmodel kunnen bijvoorbeeld zijn; de relatie in oriëntatie en positie tussen de sensor en het segment, de lengte van segmenten in het 20 lichaamsmodel, de positie van rotatiepunten tussen segmenten en parameters van een model van bewegingsartefacten van het sensorcluster op het lichaamssegment. Fouten in het sensor model kunnen bijvoorbeeld zijn; grootte van versterkingsfactor (gain), offset, temperatuur gevoeligheid, ( en cross-sensitivity met andere grootheden.

25 Figuur 7 toont tenslotte de specifieke signaalverwerkingsstructuur volgens de vinding. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen het bepalen van bewegingsdata met een hoge tijdsresolutie met een relatief hoge fout door drift en integratiefouten van de inertiële meetmodule 3 en het bepalen van bewegingsdata met behulp van de magnetische veld sensoren 2.

1030440_ 12

Intermitterend wordt met behulp van magnetische veldsensoren een calibratie toegepast. Daartoe worden de waarden afkomstig van de magnetische veldsensoren en de inertiële meetmodule, inclusief hun geschatte meetfouten, bijvoorbeeld door middel van weging in een 5 Kalmanfilter 15 teruggevoerd aan de integratiewaarden van de inertiële meetmodules , waardoor een verbeterde nauwkeurigheid van positie en oriëntatiemeting wordt bereikt. Op basis van een afgeleide meetfout kan een nieuwe cyclus van positiemeting door middel van magnetische velden worden geactiveerd.

10 Figuur 8 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de sensorclusters 9.

Op een gemeenschappelijk bevestigingsplatform 17 zijn drie sensoren bevestigd, die elke een voorbepaalde vaste 3D oriëntatie ten opzichte van elkaar en het bevestigingsplatform 17 bezitten. De sensoren omvatten een intertiële meetmodule 2 en een magnetische meetmodule 3. De inertiële 15 meetmodule 2 omvat een lineaire accelerometer 18 en een hoeksnelheidsmeter 19. De lineaire accelerometer 18 meet een —► versnellingswaarde a , in het bijzonder de waarden ax, ayen az in het assenstelsel van de versneller, dat een voorbepaalde oriëntatie kent ten opzichte van het bevestigingsplatform 17, die na aftrek van de —> 20 valversnelling g een werkelijke versnelling oplevert. De hoeksnelheidsmeter 19 dient onder meer om na een oriëntatiecorrectie deze —V —> werkelijke versnelling a- g te kunnen berekenen. De hoeksnelheidsmeter 19 voert daartoe de gemeten hoeksnelheidswaarden ωΧ) wy en ωζ uit en kent eveneens een voorbepaalde oriëntatie ten opzichte van het 25 bevestigingsplatform 17.

Het spreekt vanzelf dat deze waarden ook op andere wijze kunnen worden verkregen, bijvoorbeeld, door een inertiële meetmodule waarbij een hoekversnelling wordt gemeten, welke (integraal)waarde op geschikte wijze 1050440_ 13 wordt gecombineerd met de uitkomsten van één, twee of driedimensionale meetwaarden van een lineaire versnellingsopnemer. Ook is voorstelbaar dat de benodigde lineaire en hoekversnellingswaarden uit één meetsensor worden afgeleid.

5 De magnetische meetmodule 2 kan, wanneer de magnetische veldzenders 7 niet actief zijn, het aardmagnetisch veld B meten wat een vaste oriëntatie oplevert. De magnetische meetmodule 2 kent eveneens een voorbepaalde oriëntatie en positie ten opzichte van het bevestigingsplatform 17. Bij het activeren van de magnetische veldzenders 7 kan de magnetische 10 module een oriëntatie en positiewaarde registreren van de module 2 ten opzichte van de veldzender 7, waardoor een relatieve positie en/of oriëntatie van de module 2 ten opzichte van de zender 7 wordt gemeten door het uitlezen van de meetwaarden mx, my, en mz. Deze waarde kan vervolgens worden gecombineerd met de uit de inertiële module gemeten positie- en 15 oriëntatiewaarden om de meetwaarden van de inertiële module te (her)ijken zoals eerder besproken.

Hoewel in de beschrijving de uitvinding uiteen is gezet aan de hand van bewegingsvolging van personen kunnen ook andere objecten worden gevolgd. In het bijzonder biedt dit systeem de onderlinge afstand en 20 oriëntatie van los ten opzichte van elkaar staande objecten te meten, die tesamen één bewegend systeem in de ruimte volgen. Hierbij kan worden gedacht aan robotbesturing etc. Deze variaties worden geacht te vallen onder het bereik van de conclusies zoals hiernavolgend gedefinieerd.

25 1030440

Claims

1. Bewegingsvolgsysteem voor het volgen van een uit objectdelen samengesteld object in een driedimensionale ruimte, omvattende: - een ten opzichte van ten minste één objectdeel in vaste positionele relatie aangebrachte zendermodule voor het zenden van magnetische 5 velden, met onderling verschillende hoofdrichtingen; - een magnetische meetmodule voor het ontvangen van de magnetische velden, waarbij de magnetische meetmodule een vaste positionele relatie heeft met een objectdeel van het samengestelde object; - een inertiële meetmodule voor het registreren van een lineaire 10 versnelling en een hoeksnelheid of hoekversnelling, waarbij de inertiële meetmodule een vaste positionele relatie heeft met een objectdeel van het samengestelde object; - een processor voor het besturen van de zendermodule en het ontvangen van signalen afkomstig van de magnetische meetmodule en de 15 inertiële meetmodule; welke processor een module bevat voor het afleiden van oriëntatie en/of positie-informatie van de samengestelde objectdelen van het object op basis van de ontvangen signalen, met het kenmerk, dat - de processor is geconfigureerd om de zenders een intermitterend magneetveld uit te laten zenden, waarbij de positie en/of 20 oriëntatieinformatie in een periode gelegen tussen het intermitterende zenden wordt afgeleid door de bewegingsinformatie afkomstig van de inertiële meetmodule, die periodiek wordt geijkt met de bewegingsinformatie afkomstig van de magnetische meetmodule.

2. Bewegingsvolgsysteem volgens conclusie 1, waarbij de periode 25 gelegen tussen het intermitterende zenden groter is dan een voorbepaalde 1030**0_ periode die gerelateerd is aan een door het systeem gehaalde j bewegingsresolutie.

3. Bewegingsvolgsysteem volgens conclusie 1, waarbij de periode gelegen tussen het intermitterende zenden groter is dan 0.08 seconde..

4. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de processor een module bevat voor het samenstellen van positie- en/of oriëntatie-informatie van een objectdeel op basis van de ontvangen signalen ten opzichte van ten minste één vaste as in de ruimte die wordt afgeleid uit het zwaartekrachtveld en/of het aard-10 magnetische veld.

5. Beweginsgsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal sensoren zijn voorzien voor bevestiging aan het object voor het meten van een reactiekracht en/of i draaimoment.

6. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de module voor het samenstellen van positie- en/of oriëntatieinformatie een Kalman filter omvat.

7. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de module is ingericht voor het afleiden van een 20 meetfout van de positie- en/of oriëntatie-informatie.

8. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij op basis van een afgeleide meetfout een nieuwe cyclus van oriëntatie en/of positiemeting door middel van magnetische velden wordt geactiveerd. 1030440_

9. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij een ontvanger is aangebracht in een vaste positionele relatie ten opzichte van een zender voor calibratiedoeleinden.

10. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande 5 conclusies, waarbij meer dan vier zenders gedistribueerd op het object worden aangebracht.

11. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij het object een menselijk lichaam is waarbij de zenders zijn geïntegreerd in kleding.

12. Bewegingsvolgsysteem volgens conclusie 11, waarbij een zender ten minste één stroomspoel omvat voor het opwekken van een magnetisch veld, welke stroomspoel bestemd is om een lichaamsdeel te omsluiten.

13. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de module voor het samenstellen van oriëntatie en/of 15 positie-informatie van de samengestelde objectdelen een model omvat van de bewegingsvrijheid van de objectdelen ten opzichte van elkaar en de meetsignalen afschat ten opzichte van dat model.

14. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij een tijdvolgorde wordt bewaakt tussen de zenders door 20 middel van tijdslots.

15. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de zenders elk een georiënteerd magnetisch veld opwekken door middel van een stroomspoel.

16. Bewegingsvolgsysteem volgens ten minste één van de voorgaande 25 conclusies, waarbij de magnetische meetmodule en de inertiële meetmodule 103 0 440_ in een of meerdere sensorclusters zijn opgenomen voor bevestiging op het object. 1050440_