RU2257846C1 - Method and device for registering human movements - Google Patents
Method and device for registering human movements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257846C1 RU2257846C1 RU2004113256/14A RU2004113256A RU2257846C1 RU 2257846 C1 RU2257846 C1 RU 2257846C1 RU 2004113256/14 A RU2004113256/14 A RU 2004113256/14A RU 2004113256 A RU2004113256 A RU 2004113256A RU 2257846 C1 RU2257846 C1 RU 2257846C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- output
- sensors
- volatile memory
- analog
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области спортивной медицины и более точно касается способа регистрации движений человека (спортсмена) и устройства для его осуществления.The invention relates to the field of sports medicine and more specifically relates to a method for recording the movements of a person (athlete) and a device for its implementation.
Известен способ регистрации движений человека (спортсмена) или частей его тела (конечностей), заключающийся в проведении высокоскоростной фотосъемки, ввода изображений в ЭВМ и их последующей обработки с целью вычисления траекторий движения как человека в целом, так и отдельных его частей. Такой способ имеет ряд недостатков: низкую точность определения траектории движения за счет различных ракурсов положения объекта съемки и отсутствия точной привязки координат отдельных частей тела; длительный процесс проведения вычислений, связанный с необходимостью ввода большого числа кадров изображений в ЭВМ и их анализа; предполагает определенные условия освещения человека в ходе съемки; предполагает нахождение человека в пределах прямой видимости кинокамеры(ы); имеет высокую стоимость.A known method of recording the movements of a person (athlete) or parts of his body (limbs), which consists in carrying out high-speed photography, inputting images into a computer and their subsequent processing in order to calculate the trajectories of movement of both the person as a whole and its individual parts. This method has several disadvantages: low accuracy of determining the trajectory of motion due to various angles of the position of the subject and the lack of accurate reference coordinates of individual parts of the body; a lengthy process of computing, associated with the need to enter a large number of image frames into a computer and analyze them; suggests certain lighting conditions for the person during the shooting; involves a person within the direct line of sight of the movie camera (s); has a high cost.
Известен также способ регистрации движений человека, состоящий в том, что в значимых точках тела человека (конечности, голова, туловище) размещают элементы, чувствительные к изменению их положения в пространстве, с помощью чувствительных к сигналам этих элементов средств записывают полученную от них информацию, и обрабатывают записанную информацию с помощью ЭВМ с получением данных о характере движений человека. В известном способе используют ряд пассивных отражающих элементов - меток, которые подсвечивают и проводят высокоскоростную съемку с помощью 3-х и более телевизионных камер, соединенных с помощью высокоскоростных аналоговых каналов ввода со специализированной ЭВМ.There is also known a method of recording human movements, consisting in the fact that at sensitive points of the human body (limbs, head, torso) are placed elements that are sensitive to changes in their position in space, using the means sensitive to the signals of these elements, write down information received from them, and process the recorded information using a computer to obtain data on the nature of human movements. In the known method, a number of passive reflective elements are used - tags that illuminate and conduct high-speed shooting with the help of 3 or more television cameras connected using high-speed analog input channels with a specialized computer.
Данный способ реализуется с помощью устройства регистрации движений человека, содержащего средство определения перемещения заданной точки, средство преобразования сигналов средства определения перемещения в форму, удобную для хранения и обработки, и средство накопления и хранения информации (см. Human movement tracking technology: resources // Prepared by: Axel Mulder, School of Kinesiology, Simon Fraser University, 8 May 1998, в частности, Bioengineering Technology & Systems / Superfluo: ELITE Date; Selspot AB: SELSPOT II Date; Northern Digital Inc.: Optotrak Date: Log-In sri.: COSTEL Date и ряд других). Однако данный способ также требует обязательного нахождения человека в пределах видимости, наличия дополнительного оборудования для подсветки меток, устройство для осуществления этого способа характеризуется высокой стоимостью.This method is implemented using a device for detecting human movements, containing means for determining the movement of a given point, a means for converting signals of a means for determining movement into a form convenient for storage and processing, and means for accumulating and storing information (see Human movement tracking technology: resources // Prepared by: Axel Mulder, School of Kinesiology, Simon Fraser University, May 8, 1998, in particular Bioengineering Technology & Systems / Superfluo: ELITE Date; Selspot AB: SELSPOT II Date; Northern Digital Inc .: Optotrak Date: Log-In sri. : COSTEL Date and several others). However, this method also requires the mandatory presence of a person within sight, the availability of additional equipment for highlighting tags, a device for implementing this method is characterized by a high cost.
Также известен ряд аналогичных способов, основанных на измерении расстояний до меток на определенных частях тела человека с помощью измерения других физических величин, например с использованием датчика Холла, пьезорезистивных, электромагнитных и электростатических датчиков. Все эти известные способы и устройства, их реализующие, имеют общие недостатки, состоящие в том, что требуют необходимого воздействия на человека электромагнитными или электростатическими полями, характеризуются ограниченной областью действия, обусловленной конечной чувствительностью датчиков, имеют более низкую, чем у оптических способов точность, высокую стоимость.A number of similar methods are also known based on measuring distances to marks on certain parts of the human body by measuring other physical quantities, for example using a Hall sensor, piezoresistive, electromagnetic and electrostatic sensors. All these known methods and devices that implement them have common drawbacks in that they require the necessary exposure to humans by electromagnetic or electrostatic fields, are characterized by a limited range of action, due to the finite sensitivity of the sensors, and have lower accuracy than optical methods cost.
В основу изобретения поставлена задача создать способ регистрации движений человека, который не требовал бы для своего осуществления обязательного внешнего облучения (подсветки) испытуемого, привязки к определенной ограниченной территории (зоне действия датчиков), обязательного нахождения человека в зоне прямой видимости и определенной ориентации относительно принимающих сигналы датчиков средств, а также создать устройство для реализации такого способа, которое обеспечивало бы высокую точность регистрации и не требовало бы больших затрат для своего изготовления.The basis of the invention is the task to create a method for recording human movements that would not require mandatory external exposure (illumination) of the test subject, binding to a certain limited area (sensor coverage area), mandatory presence of a person in the line of sight and a certain orientation relative to the receiving signals sensors of means, and also to create a device for implementing such a method, which would ensure high accuracy of registration and would not require large costs for its manufacture.
Поставленная задача решается тем, что в способе регистрации движений человека, состоящем в том, что в значимых точках тела человека размещают элементы, чувствительные к изменению их положения в пространстве, с помощью чувствительных к сигналам этих элементов средств записывают полученную от них информацию, и обрабатывают записанную информацию с помощью ЭВМ с получением данных о характере движений человека, согласно изобретению на теле человека размещают по меньшей мере одно трехкоординатное микроконтроллерное устройство измерения угловых отклонений, включающее три датчика угловой скорости, каждый из которых ориентируют в направлении одной из трех взаимно перпендикулярных осей (X, Y, Z) и записывают сигналы с выхода этих датчиков в энергонезависимую память, информацию с которой затем используют для последующей обработки.The problem is solved in that in the method of recording human movements, which consists in placing elements sensitive to changes in their position in space at significant points in the human body, using the means sensitive to the signals of these elements, the information received from them is recorded and the recorded information using a computer to obtain data on the nature of human movements, according to the invention, at least one three-coordinate microcontroller measuring device deviations, including three angular velocity sensors, each of which is oriented in the direction of one of three mutually perpendicular axes (X, Y, Z) and the signals from the output of these sensors are recorded in non-volatile memory, the information from which is then used for subsequent processing.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве регистрации движений человека, содержащем средство определения перемещения заданной точки, средство преобразования сигналов средства определения перемещения в форму, удобную для хранения и обработки, и средство накопления и хранения информации, согласно изобретению средство определения перемещения выполнено в виде трех ориентированных по трем взаимно перпендикулярным осям (X, Y, Z) датчиков угловой скорости с дифференциальными выходами, связанными со входами аналогового мультиплексора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, при этом устройство содержит микроконтроллер, подключенный к выходу аналого-цифрового преобразователя, и блок памяти, подключенный к выходу микроконтроллера.The problem is also solved by the fact that in the device for detecting human movements containing means for determining the movement of a given point, means for converting signals of the means for determining movement in a form convenient for storage and processing, and means for storing and storing information, according to the invention, the means for determining movement are made in the form three angular velocity sensors oriented along three mutually perpendicular axes (X, Y, Z) with differential outputs associated with the inputs of an analog multip a lexor, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, while the device contains a microcontroller connected to the output of the analog-to-digital converter, and a memory block connected to the output of the microcontroller.
В предпочтительном варианте датчики являются пьезоэлектрическими датчиками скорости поворота.In a preferred embodiment, the sensors are piezoelectric rotational speed sensors.
Целесообразно также, чтобы блок памяти включал в себя два соединенных параллельно двухпортовых массива оперативной буферной памяти и энергонезависимую память, причем массивы буферной памяти были бы выполнены с возможностью поочередного подключения одним портом к выходу микроконтроллера и одновременно вторым портом ко входу энергозависимой памяти по мере заполнения соответствующего массива.It is also advisable that the memory block includes two parallel two-port RAM arrays and non-volatile memory, and the buffer arrays would be capable of alternately connecting one port to the output of the microcontroller and simultaneously the second port to the input of the non-volatile memory as the corresponding array is filled .
Способ согласно изобретению и устройство для его реализации обеспечивают высокую точность измерений, не требуют жестких условий освещения или облучения человека какими-либо полями, не ограничивают область нахождения человека; обеспечивают более высокую скорость записи данных, чем высокоскоростная фотосъемка, позволяют регистрировать движения человека (или его частей) значительное время и на значительном расстоянии, требуют для своей реализации значительно более низких затрат.The method according to the invention and the device for its implementation provide high measurement accuracy, do not require harsh lighting conditions or irradiation of a person with any fields, do not limit the area of a person; provide a higher speed of data recording than high-speed photography, allow you to record the movement of a person (or parts of it) for a considerable time and at a considerable distance, require significantly lower costs for their implementation.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его осуществления и прилагаемым чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства для регистрации движений человека согласно изобретению.The invention is further illustrated by the description of a specific embodiment and the accompanying drawing, which shows a functional diagram of a device for recording human movements according to the invention.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства регистрации движений человека - трехкоординатного микроконтроллерного устройства измерения угловых отклонений, содержащего три пьезоэлектрических датчика 1, 2, 3 скорости поворота (угловой скорости) с дифференциальным выходом, расположенных на взаимно перпендикулярных осях (X, Y, Z), три неинвертирующих интегрирующих усилителя 4, 5 и 6, аналоговый мультиплексор 7, аналого-цифровой преобразователь 8, микроконтроллер 9, два массива 10 и 11 буферной памяти, энергонезависимую память 12 большого объема, интерфейс RS232C 13, считывающее устройство прибора iButton™ 14, три кнопки управления сброса 15, записи 16 и останова 17.Figure 1 presents a functional diagram of a device for detecting human movements - a three-coordinate microcontroller device for measuring angular deviations, containing three piezoelectric sensors 1, 2, 3 rotation speed (angular velocity) with a differential output located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z) , three non-inverting integrating amplifiers 4, 5 and 6, an analog multiplexer 7, an analog-to-digital converter 8, a microcontroller 9, two arrays 10 and 11 of a buffer memory, non-volatile memory 12 large function, RS232C 13 interface, iButton ™ 14 reader, three reset control buttons 15, record 16 and stop 17.
Первые сигнальные выходы датчиков 1, 2 и 3 скорости поворота (угловой скорости) соединены с первыми неинвертирующими входами интегрирующих усилителей 4, 5 и 6, выходы которых соединены с первым, третьим и пятым входами аналогового мультиплексора 7, а вторые инвертирующие входы интегрирующих усилителей 4, 5 и 6 соединены со вторыми опорными выходами датчиков 1, 2 и 3 скорости поворота и вторым, четвертым и шестым входами аналогового мультиплексора 7 соответственно, выход которого, в свою очередь, соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 8. Выход последнего подключен ко входу микроконтроллера 9, одна группа выходов которого соединена с управляющими входами аналогового мультиплексора 7, другая группа входов/выходов микроконтроллера 9 соединена с двумя массивами 10 и 11 буферной памяти, входы/выходы которых соединены с энергонезависимой памятью 12, кроме того, один вход микроконтроллера 9 соединен с выходом считывающего устройства прибора iButton 14, а еще три входа - выходами трех кнопок сброса 15, записи 16 и останова 17.The first signal outputs of the sensors 1, 2 and 3 of the rotation speed (angular velocity) are connected to the first non-inverting inputs of the integrating amplifiers 4, 5 and 6, the outputs of which are connected to the first, third and fifth inputs of the analog multiplexer 7, and the second inverting inputs of the integrating amplifiers 4, 5 and 6 are connected to the second reference outputs of the rotation speed sensors 1, 2 and 3 and the second, fourth and sixth inputs of the analog multiplexer 7, respectively, the output of which, in turn, is connected to the input of the analog-to-digital converter I 8. The output of the latter is connected to the input of the microcontroller 9, one group of outputs of which is connected to the control inputs of the analog multiplexer 7, the other group of inputs / outputs of the microcontroller 9 is connected to two arrays 10 and 11 of the buffer memory, the inputs / outputs of which are connected to non-volatile memory 12, in addition, one input of the microcontroller 9 is connected to the output of the iButton 14 reader, and three more inputs are connected to the outputs of three reset buttons 15, record 16, and stop 17.
Два соединенных параллельно двухпортовых массива 10, 11 буферной памяти и энергозависимая память 12 образуют блок памяти. При этом массивы 10 и 11 буферной памяти соединены с энергозависимой памятью 12 с возможностью поочередного подключения одним портом (входом) к выходу микроконтроллера 9 и одновременно вторым портом (выходом) ко входу энергозависимой памяти 12, по мере заполнения соответствующего массива 10 или 11 памяти.Two parallel two-port array 10, 11 of buffer memory and volatile memory 12 form a memory block. In this case, the arrays 10 and 11 of the buffer memory are connected to the volatile memory 12 with the possibility of alternately connecting one port (input) to the output of the microcontroller 9 and simultaneously a second port (output) to the input of the volatile memory 12, as the corresponding memory array 10 or 11 is filled.
Прибор iButton представляет собой автономное микроконтроллерное устройство с энергозависимой памятью. В данном случае может быть использован один из двух типов приборов iButton - DS1991 или DS1994 (фирмы Dallas-Maxim Corp.) Указанный тип носителя содержит круглый стальной корпус, в который помещен кристалл памяти, микроконтроллер и миниатюрная литиевая батарейка. Помимо защитных свойств стальной корпус также выполняет функцию электрических контактов. Доступ к содержимому памяти прибора осуществляется только через две линии: земляную и двунаправленную сигнальную по двунаправленному оригинальному последовательному интерфейсу. Взаимодействие с прибором обеспечивается кратковременным касанием зонда (контактной площадки) с корпусом iButton.The iButton is a stand-alone microcontroller device with volatile memory. In this case, one of two types of iButton devices can be used - DS1991 or DS1994 (Dallas-Maxim Corp. company). The indicated media type contains a round steel case in which a memory crystal, a microcontroller and a miniature lithium battery are placed. In addition to the protective properties, the steel casing also serves as electrical contacts. Access to the contents of the memory of the device is carried out only through two lines: ground and a bi-directional signal via a bi-directional original serial interface. Interaction with the device is provided by briefly touching the probe (contact pad) with the iButton case.
Способ регистрации движений человека (спортсмена) станет понятным из описания работы устройства.The method of recording the movements of a person (athlete) will become clear from the description of the operation of the device.
В значимых точках тела человека (конечностях, голове) размещают элементы, чувствительные к изменению их положения в пространстве. В данном случае закрепляют по меньшей мере одно трехкоординатное микроконтроллерное устройство согласно изобретению.Significant points of the human body (limbs, head) place elements that are sensitive to changes in their position in space. In this case, at least one three-coordinate microcontroller device according to the invention is fixed.
Устройство работает следующим образом. Все три пьезоэлектрических датчика 1, 2, 3 скорости поворота (угловой скорости) с дифференциальным выходом, расположенных на взаимно перпендикулярных осях (X, Y, Z), выполнены на элементах ENC03J фирмы Murata. Эти датчики имеют два выхода - первый сигнальный и второй опорный. При повороте датчика вокруг измерительной оси (при изменении положения контрольной точки в процессе движения человека) на сигнальном выходе относительно опорного генерируется напряжение, эквивалентное углу поворота датчика за единицу времени, т.е. скорости поворота датчика. Это напряжение подается на интегрирующие неинвертирующие усилители 4, 5 и 6 соответственно (выполненные на микросхемах, например, LM358), где усиливается и интегрируется с постоянной времени, равной одному периоду опроса аналого-цифрового преобразователя 8 для снижения собственных шумов датчика. Таким образом, на выходах усилителей 4, 5 и 6 появляются напряжения, эквивалентные угловым отклонениям устройства, и соответственно части тела человека, к которой устройство прикреплено. Эти напряжения поступают на первый, третий и пятый входы аналогового мультиплексора 7, а опорные напряжения датчиков 1, 2 и 3 поступают на второй, четвертый и шестой входы аналогового мультиплексора 7. Выход аналогового мультиплексора 7 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 8, а его выход - со входом микроконтроллера 9, группа выходов которого управляет аналоговым мультиплексором 7. Элементы функциональной схемы - аналоговый мультиплексор 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и микроконтроллер 9 выполнены в виде одной микросхемы высокопроизводительного микроконтроллера фирмы Cygnal C8051F021. Микроконтроллер 9 с высокой скоростью, в несколько раз превышающей частоту регистрации движений человека, осуществляет последовательный опрос входов мультиплексора 7, аналого-цифровой преобразователь 8 осуществляет их преобразование в цифровую форму. Затем микроконтроллер производит цифровую фильтрацию данных, вычисляет разницу между сигнальным и опорным напряжением для каждого из датчиков и получает величины углов поворота устройства за интервал измерения по трем взаимно перпендикулярным осям координат X, Y и Z. Кроме того, он осуществляет свертку (уплотнение) полученных кодов для увеличения количества регистрируемых величин. Эти величины микроконтроллер 9 записывает в один из массивов 10 или 11 буферной памяти. При заполнении одного из массивов 10 или 11 памяти происходит его запись в энергонезависимую Flash память 12 и переключение на прием входного порта этого массива памяти (10 на 11 или наоборот). Таким образом, микроконтроллер 9 непрерывно посылает уплотненные данные в один из буферных массивов 10 или 11 без потери времени на запись в энергонезависимую память 12 с заданным шагом регистрации. Массивы 10 и 11 буферной памяти, а также энергонезависимая память 12 реализованы в одной микросхеме AT45DB642 фирмы Atmel. Эта микросхема предназначена для быстрой записи информации в энергонезависимую Flash память (DataFlash) и имеет объем 64 Мегабита или 8 Мегабайт. При заданном периоде регистрации, например 1 мс, количество байт, записываемых за 1 мс, составляет б (12-битовое число со знаком * 3 координаты). При этом в секунду регистрируется 6000 байтов, а полного объема одной микросхемы DataFlash (элементы 10, 11 и 12) достаточно для записи 1398 секунд или 23,3 минуты. Этого вполне достаточно для выполнения человеком-спортсменом любого упражнения, требующего регистрации. Поскольку для всесторонней регистрации движений может использоваться несколько таких трехкоординатных микроконтроллерных устройств, закрепленных, например, на туловище и конечностях, для синхронизации записи в микроконтроллере 9 используется программный таймер реального времени (Real Time Clock-RTC), который может синхронизироваться от прибора iButton DS1994, содержащего аппаратно реализованный таймер на 136 лет. Кроме того, этот прибор может также использоваться для идентификации человека-спортсмена. Для его использования предусмотрено устройство 14 считывания, соединенное с одним из входов микроконтроллера 9. Трехкоординатное устройство управляется тремя кнопками 15, 16 и 17, подключенными ко входам микроконтроллера 9. Кнопка 15 осуществляет программный сброс микроконтроллера 9, при этом устанавливается нулевой начальный адрес для записи данных в DataFlash (элементы 10, 11 и 12). Запись начинается при нажатии кнопки 16, останавливается при нажатии кнопки 17 и может быть продолжена при повторном нажатии кнопки записи 16. При нажатии кнопки 16 в DataFlash перед собственно регистрируемыми данными о движении человека записывается заголовок, содержащий идентификационные данные человека-спортсмена и реальное время начала записи, предварительно считанные с прибора iButton. Сохраненные данные устройство может передать для дальнейшей обработки на персональный компьютер (ЭВМ), для чего к микроконтроллеру 9 подсоединен интерфейс RS 232C, реализованный на микросхеме МАХ3232ЕЕАЕ. Передача данных может осуществляться по запросу персонального компьютера только после нажатия кнопки сброс 15 до включения режима записи кнопкой 16.The device operates as follows. All three piezoelectric sensors 1, 2, 3 of the rotation speed (angular velocity) with a differential output located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z) are made on Murata ENC03J elements. These sensors have two outputs - the first signal and the second reference. When the sensor rotates around the measuring axis (when the position of the control point changes during the movement of a person), a voltage equivalent to the angle of rotation of the sensor per unit time is generated at the signal output relative to the reference, i.e. sensor rotation speed. This voltage is supplied to the integrating non-inverting amplifiers 4, 5 and 6, respectively (performed on microcircuits, for example, LM358), where it is amplified and integrated with a time constant equal to one polling period of the analog-to-digital converter 8 to reduce the intrinsic noise of the sensor. Thus, the outputs of the amplifiers 4, 5 and 6 appear voltage equivalent to the angular deviations of the device, and accordingly the part of the human body to which the device is attached. These voltages are supplied to the first, third and fifth inputs of the analog multiplexer 7, and the reference voltages of the sensors 1, 2 and 3 are fed to the second, fourth and sixth inputs of the analog multiplexer 7. The output of the analog multiplexer 7 is connected to the input of the analog-to-digital converter 8, and the output is with the input of the microcontroller 9, the group of outputs of which controls the analog multiplexer 7. The elements of the functional circuit are the analog multiplexer 7, the analog-to-digital converter 8 and the microcontroller 9 are made in the form of one chip high-performance microcontroller firm Cygnal C8051F021. The microcontroller 9 with high speed, several times higher than the frequency of registration of human movements, sequentially polls the inputs of the multiplexer 7, the analog-to-digital converter 8 converts them into digital form. Then the microcontroller digitally filters the data, calculates the difference between the signal and reference voltages for each of the sensors, and obtains the device rotation angles for the measurement interval along three mutually perpendicular coordinate axes X, Y, and Z. In addition, it convolves (compresses) the received codes to increase the number of recorded values. The microcontroller 9 writes these values to one of the arrays 10 or 11 of the buffer memory. When one of the memory arrays 10 or 11 is full, it is written to the non-volatile Flash memory 12 and switches to receiving the input port of this memory array (10 by 11 or vice versa). Thus, the microcontroller 9 continuously sends the compressed data to one of the buffer arrays 10 or 11 without loss of time for writing to the non-volatile memory 12 with a given recording step. Arrays 10 and 11 of buffer memory, as well as non-volatile memory 12 are implemented in a single Atmel AT45DB642 chip. This chip is designed to quickly write information to non-volatile Flash memory (DataFlash) and has a capacity of 64 megabytes or 8 megabytes. For a given recording period, for example 1 ms, the number of bytes recorded in 1 ms is b (a 12-bit number with a * 3 coordinate sign). At the same time, 6000 bytes are recorded per second, and the full amount of one DataFlash chip (elements 10, 11 and 12) is enough to record 1398 seconds or 23.3 minutes. This is quite enough for a human athlete to perform any exercise that requires registration. Since several such three-coordinate microcontroller devices mounted, for example, on the trunk and limbs can be used for comprehensive motion recording, to synchronize recording in the microcontroller 9, a real-time clock (RTC) is used, which can be synchronized from the iButton DS1994 device, which contains hardware implemented timer for 136 years. In addition, this device can also be used to identify a person-athlete. For its use, a reader 14 is provided, connected to one of the inputs of the microcontroller 9. The three-coordinate device is controlled by three buttons 15, 16, and 17 connected to the inputs of the microcontroller 9. Button 15 performs a soft reset of the microcontroller 9, and the starting address for recording data is set to zero in DataFlash (elements 10, 11 and 12). Recording starts when you press button 16, stops when you press button 17, and can continue when you press record button 16 again. When you press button 16, in DataFlash, a header containing the identity of the athlete person and the actual recording start time is written in front of the actually recorded human movement data previously read from the iButton. The device can transmit the saved data for further processing to a personal computer (computer), for which purpose the RS 232C interface implemented on the MAX3232EEAE microcircuit is connected to microcontroller 9. Data transfer can be carried out at the request of a personal computer only after pressing the reset button 15 until the recording mode is activated with button 16.
Преимущества способа и устройства согласно изобретению состоят в:The advantages of the method and device according to the invention are:
отсутствии необходимости воздействия на человека внешними электростатическими или электромагнитными полями,no need for exposure to humans by external electrostatic or electromagnetic fields,
независимости работы устройства от уровня освещенности,independence of the device from the level of illumination,
отсутствии необходимости в нахождении человека в определенной ограниченной территории (зоне действия внешних датчиков),no need to find a person in a certain limited territory (the area of external sensors),
отсутствии необходимости в определенной ориентации человека и нахождении его в зоне прямой видимости,lack of need for a certain orientation of a person and finding him in a line of sight,
более высокой точности регистрации траектории движения человека, обусловленной прямым способом измерения угловых отклонений,higher accuracy of recording the trajectory of a person’s movement, due to the direct method of measuring angular deviations,
автономности устройства,device autonomy,
значительно более низкой стоимости устройства по сравнению с широко используемыми оптическими системами.significantly lower cost of the device compared to widely used optical systems.
Claims (4)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004113256/14A RU2257846C1 (en) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | Method and device for registering human movements |
| PCT/RU2005/000221 WO2005104946A1 (en) | 2004-04-28 | 2005-04-22 | Method for recording motions of a person and device for carrying out said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004113256/14A RU2257846C1 (en) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | Method and device for registering human movements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2257846C1 true RU2257846C1 (en) | 2005-08-10 |
Family
ID=35241393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004113256/14A RU2257846C1 (en) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | Method and device for registering human movements |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2257846C1 (en) |
| WO (1) | WO2005104946A1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008075927A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Eugen Moraru | Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method |
| WO2008075926A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Eugen Moraru | Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method |
| WO2008075925A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Eugen Moraru | Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method |
| MD14Z (en) * | 2006-12-21 | 2009-11-30 | Еуджен МОРАРУ | Method and device for recording the motion trajectory of human body and separate parts thereof |
| MD22Z (en) * | 2006-12-21 | 2009-12-31 | Еуджен МОРАРУ | Method and device for determining the motion activity of human body |
| MD3989G2 (en) * | 2008-05-30 | 2010-08-31 | Еуджен МОРАРУ | Method for sports and educational training of teenagers |
| 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 |
| WO2016159825A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Многопрофильное Предприятие "Элсис" | Method for obtaining information regarding psychophysiological state of individual |
| RU2629551C2 (en) * | 2013-01-18 | 2017-08-29 | Фраунхофер-Гезельшафт Цур Фордерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Determination of multidimensional displacement speed in global coordinate system |
| RU2746686C2 (en) * | 2016-11-25 | 2021-04-19 | Сенсорикс Аг | Wearable motion tracking system |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2066116C1 (en) * | 1993-04-21 | 1996-09-10 | Кодин Андрей Валерьевич | Device for biochemical examination of hand |
| US5645077A (en) * | 1994-06-16 | 1997-07-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Inertial orientation tracker apparatus having automatic drift compensation for tracking human head and other similarly sized body |
| RU94038128A (en) * | 1994-10-10 | 1996-08-20 | М.И. Нургалиев | Angular velocity transducer |
| RU2107328C1 (en) * | 1996-08-14 | 1998-03-20 | Нурахмед Нурисламович Латыпов | Method for tracing and displaying of position and orientation of user in three-dimensional space and device which implements said method |
-
2004
- 2004-04-28 RU RU2004113256/14A patent/RU2257846C1/en not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-04-22 WO PCT/RU2005/000221 patent/WO2005104946A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Human movement tracking techology: resources prepared by: Axel Mulder. School of Kinesiology. Simon Fraser University, 1998. * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3614G2 (en) * | 2006-12-21 | 2009-11-30 | Еуджен МОРАРУ | Device and process for determining the human motion activity |
| EA011541B1 (en) * | 2006-12-21 | 2009-04-28 | Еужен Морару | A method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method |
| WO2008075925A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Eugen Moraru | Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method |
| MD20060286A (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-30 | Еуджен МОРАРУ | Method of determining the motion activity of man and device for realization thereof |
| WO2008075927A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Eugen Moraru | Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method |
| EA011540B1 (en) * | 2006-12-21 | 2009-04-28 | Еужен Морару | Method for determining human's (sportsman) motion activity and apparatus therefor |
| WO2008075926A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Eugen Moraru | Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method |
| MD14Z (en) * | 2006-12-21 | 2009-11-30 | Еуджен МОРАРУ | Method and device for recording the motion trajectory of human body and separate parts thereof |
| EA011542B1 (en) * | 2006-12-21 | 2009-04-28 | Еужен Морару | Method for determining human's (sportsman) moving activity and device therefor |
| MD22Z (en) * | 2006-12-21 | 2009-12-31 | Еуджен МОРАРУ | Method and device for determining the motion activity of human body |
| MD3989G2 (en) * | 2008-05-30 | 2010-08-31 | Еуджен МОРАРУ | Method for sports and educational training of teenagers |
| 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 |
| RU2629551C2 (en) * | 2013-01-18 | 2017-08-29 | Фраунхофер-Гезельшафт Цур Фордерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Determination of multidimensional displacement speed in global coordinate system |
| US10188903B2 (en) | 2013-01-18 | 2019-01-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Determining a speed of a multidimensional motion in a global coordinate system |
| WO2016159825A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Многопрофильное Предприятие "Элсис" | Method for obtaining information regarding psychophysiological state of individual |
| RU2746686C2 (en) * | 2016-11-25 | 2021-04-19 | Сенсорикс Аг | Wearable motion tracking system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2005104946A1 (en) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2257846C1 (en) | Method and device for registering human movements | |
| Krigslund et al. | A novel technology for motion capture using passive UHF RFID tags | |
| CN101971052A (en) | Method for detecting motion | |
| EP1117323A1 (en) | A method for temperature sensing | |
| US10895628B2 (en) | Tracking system, tracking device and tracking method | |
| JP6485964B2 (en) | Motion capture method and motion capture system | |
| JP2004096501A (en) | System and method for detecting position of mobile object and program | |
| Wixted et al. | Detection of throwing in cricket using wearable sensors | |
| Garimella et al. | Capturing joint angles of the off-site human body | |
| CN113229806A (en) | Wearable human body gait detection and navigation system and operation method thereof | |
| Ikizoglu et al. | IMU Acceleration Drift Compensation for Position Tracking in Ambulatory Gait Analysis. | |
| WO2008075926A1 (en) | Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method | |
| Castañeda et al. | Knee joint angle monitoring system based on inertial measurement units for human gait analysis | |
| US10893826B2 (en) | Electronic caliper for assessing patient biomechanics | |
| CN210078765U (en) | Motion capture recognition and evaluation device based on wearable sensor | |
| Joo et al. | Reliability of 3D-inertia measurement unit based shoes in gait analysis | |
| EA011542B1 (en) | Method for determining human's (sportsman) moving activity and device therefor | |
| KR20210023620A (en) | System for meansuring horizontal jump destance using optical sensor and network camera | |
| CN203443582U (en) | Lift-off firework comprehensive parameter detecting system | |
| Ahmed et al. | A wearable wireless sensor for real time validation of bowling action in cricket | |
| JP3910687B2 (en) | Sphere speed calculation device and sphere speed calculation method | |
| SE1950724A1 (en) | System for analyzing movement in sport | |
| Chong | Exploiting HD Camcorders for Close‐Up Human Movement Applications | |
| KR20200069257A (en) | Apparatus for implementing motion using piezoelectric sensor and method thereof | |
| WO2008075925A1 (en) | Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20061221 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110429 |