WO2008075926A1 - Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method - Google Patents

Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2008075926A1
WO2008075926A1 PCT/MD2007/000004 MD2007000004W WO2008075926A1 WO 2008075926 A1 WO2008075926 A1 WO 2008075926A1 MD 2007000004 W MD2007000004 W MD 2007000004W WO 2008075926 A1 WO2008075926 A1 WO 2008075926A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
person
inputs
mutually perpendicular
microcontroller
sensors
Prior art date
Application number
PCT/MD2007/000004
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Eugen Moraru
Oleg Nicolaiciuc
Original Assignee
Eugen Moraru
Oleg Nicolaiciuc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eugen Moraru, Oleg Nicolaiciuc filed Critical Eugen Moraru
Publication of WO2008075926A1 publication Critical patent/WO2008075926A1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • A61B5/1122Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement of movement trajectories
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/10Athletes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches

Definitions

  • the invention relates to the field of sports medicine and more specifically relates to a method for recording the movement path (orientation) of a person (athlete) or its individual parts and device for its implementation.
  • 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 it; involves certain lighting conditions of a person during the shooting; involves a person within the direct line of sight of movie camera (s); has a high cost.
  • this method also requires the 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.
  • the closest in essence are a method of recording human movements and a device for its implementation, described in [4].
  • the described method 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, recording information received from them, and processing the recorded information using a computer to obtain data on the nature of movements person.
  • a three-coordinate microcontroller device for measuring angular accelerations (deviations) is placed on the human body, including three angular acceleration 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 , information from which is then used for subsequent processing.
  • the described method and device prototype have several disadvantages.
  • One of the disadvantages of the described method and device is the relatively low accuracy of reconstruction (subsequent calculation) of the trajectory of the body part (arm, leg or body) of a person (athlete), on which a three-coordinate microcontroller device for measuring angular accelerations is fixed, due to the fact angular deviation sensors measure short-term relative angular deviations, i.e. their readings depend on the initial position of the object, and give the result only in a short period of time with accelerated movement. With uniform motion, such sensors after a reaction time, usually measured in tens of microseconds, show a zero result. The reaction time of these sensors is determined by the time constant of the internal or external RC integration circuit connected to the sensor.
  • the aim of the present invention is to increase the accuracy of determination (reconstruction) of the trajectory of movement (orientation) of a person (athlete) or its individual part.
  • the method and device should be free from the above disadvantages, namely, it would not be required to carry out mandatory external exposure (illumination) of the test subject, binding to a certain limited territory (sensor coverage area), mandatory presence of a person in a line of sight and a certain orientation relative to the signal receiving means sensors.
  • This goal is achieved by the fact that in the method of recording the trajectory of movement (orientation) of a person (athlete) or its individual parts, consisting in the fact that at significant points in the human body are placed elements (three-coordinate autonomous measuring devices) that are sensitive to changes in their position in space and capable of determining the total spatial displacements of these points, using the means sensitive to the signals of these elements, write the information received from them into memory (autonomous wearable devices), yvayut synchronized data received from the portable autonomous device in a computer and treated to obtain the information reconstruction movement trajectories as individual parts of the human body and the whole body in general.
  • elements three-coordinate autonomous measuring devices
  • a person for accurate reconstruction of the trajectory of a person’s body, a person is placed on it (body) depending on the required accuracy of reconstruction from 5 to 11 three-coordinate autonomous measuring devices, each of which includes three angular and linear acceleration sensors (three semiconductor gyroscopes and accelerometers), each of which is oriented in the direction of one of the three mutually perpendicular axes (X, Y, Z), and a semiconductor compass.
  • three angular and linear acceleration sensors three semiconductor gyroscopes and accelerometers
  • the signals from the outputs of these sensors are digitized with a time interval of about 1 millisecond, pre-processed by the built-in microcontroller (scaled, normalized, compressed) and written to Flash memory (non-volatile) memory, the information from which is then read into a computer via a fast interface (for example, USB ) and used for subsequent processing - reconstruction of the trajectory of the human body.
  • a fast interface for example, USB
  • the means of determining the movement of a given point is made in the form of: three angular acceleration sensors (semiconductor gyroscopes) oriented along three mutually perpendicular axes (X, Y, Z), three linear acceleration sensors (semiconductor) oriented on three mutually perpendicular axes accelerometers), and a semiconductor compass connected to the inputs of an analog multiplexer, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to a mic controller whose output is connected to a Flash (nonvolatile) memory large volume and the other output is connected to the high speed interface which can be connected to the computer reading the stored data.
  • three angular acceleration sensors semiconductor gyroscopes
  • X, Y, Z mutually perpendicular axes
  • linear acceleration sensors semiconductor oriented on three mutually perpendicular axes accelerometers
  • semiconductor compass connected to the inputs of an analog multiplexer
  • a large flash memory can be made either as a one-piece internal (soldered) memory, or as an external flash memory inserted into a special slot (slot), for example, an ordinary Multi Media Card (MMC) or Secure Digital Card (SD) ) cards.
  • MMC Multi Media Card
  • SD Secure Digital Card
  • the set of sensors contains three mutually perpendicular sensors of angular accelerations - semiconductor gyroscopes (oriented along the axes X, Y and Z), three mutually perpendicular sensors of linear accelerations - semiconductor accelerometers and a semiconductor compass.
  • the output signals of all sensors through an analog multiplexer are fed to the input of an analog-to-digital converter, where they are converted to digital form - they are digitized.
  • the digitized signals are fed to the corresponding inputs of the microcontroller, which performs the operations of preliminary signal processing
  • the recorded data from Flash memory can be quickly read into an external computer via a high-speed interface, for example, USB.
  • the read data in an external computer can be used to restore the motion paths of the main body parts of the athlete and obtain on the computer screen a schematic image of a person - an athlete performing certain exercises. Playing back recorded information in slow motion or accelerated pace, for example, will allow you to identify errors or inaccuracies in the movements of the athlete when he performs certain exercises.
  • this method can also be used in a number of other practical areas, for example, for the formation of human movements when creating animated films, in military fields, etc.
  • the described method provides high measurement accuracy, does not require harsh lighting conditions or irradiation of a person with any fields, does not limit the area of a person; provide a higher speed of data recording than high-speed photography, allow you to register the movement of a person (or parts thereof) for a considerable time and at a considerable distance.
  • Figure l presents a functional diagram of a device for recording the trajectory of a person or a part of it (arms, legs, torso) - a three-coordinate autonomous wearable measuring microcontroller device containing three (1, 2 and 3) semiconductor angular acceleration sensors (semiconductor gyroscopes) located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z), three semiconductor sensors (4, 5 and b) of linear accelerations (semiconductor accelerometers) located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z), the sensor - along uprovodnikovy compass 7, voltage sensor 8, an analog multiplexer 9, an analog-digital converter 10, microcontroller 11, sensor control unit 12, the high-speed USB interface 13 and nonvolatile memory 14 of large volume.
  • semiconductor angular acceleration sensors semiconductor angular acceleration sensors
  • semiconductor sensors (4, 5 and b) of linear accelerations (semiconductor accelerometers) located on mutually perpendicular axe
  • the outputs of all three mutually perpendicular angular acceleration sensors 1, 2 and 3, three mutually perpendicular linear acceleration sensors 4, 5 and b, the semiconductor compass 7 and the voltage sensor 8 are connected to the inputs of the analog multiplexer 9, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 10, the output of which is connected to the input of the microcontroller 11, one group of outputs of which is connected to the control inputs of the sensor control unit 12, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of each of the sensors ovs 1-8, another group of inputs / outputs of the microcontroller 11 is connected to the inputs / outputs of the high-speed USB interface 13, the output of which can be connected to a computer, and the third group of inputs / outputs of the microcontroller 11 is connected to the inputs / outputs of the high-speed Flash (non-volatile) memory 14 .
  • one three coordinate autonomous measuring microcontroller device is fixed according to the invention.
  • the device operates as follows. All three semiconductor angular acceleration sensors 1, 2 and 3 are located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z) made, for example, on the basis of ADXRS 15 OEB [7] semiconductor gyroscopes manufactured by Apalog Devices.
  • X, Y, Z mutually perpendicular axes
  • ADXRS 15 OEB [7] semiconductor gyroscopes manufactured by Apalog Devices.
  • All three semiconductor linear acceleration sensors 4, 5 and 6 are located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z) made, for example, on the basis of ADXL202E [8] semiconductor accelerometers from Apalog Devices.
  • X, Y, Z the basis of ADXL202E [8] semiconductor accelerometers from Apalog Devices.
  • a voltage equivalent to the sensor shift per unit time is generated at the signal output relative to the average value of the supply voltage, i.e. equivalent to linear speed.
  • the semiconductor compass 7 can be performed, for example, on the basis of a three-coordinate microcircuit HMC1055 [9] from Nopeuwell. At its output, the voltage is equivalent to the deviation of the sensor axis from the north direction.
  • the sensor 8 is designed to measure the supply voltage of the sensors in order to calculate the midpoint of the supply voltage.
  • the midpoint of the supply voltage is necessary to calculate the positive or negative signals at the output of the sensors.
  • the signals from the outputs of all sensors are fed to the inputs of the analog multiplexer 9, and from its output fed to the input of an analog-to-digital converter 10, the outputs of which are connected to the inputs of the microcontroller 11, the outputs of which are connected to the inputs of the sensor control unit 12, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of all sensors.
  • Sensor control is necessary to minimize measurement errors.
  • Flash memory block 14 can be made, for example, on the basis of a soldered AT45DB642D microcircuit [10] or on the basis of a conventional Multimedia card inserted into a special slot, for example, S ⁇ iDisk.
  • the nodes of the analog multiplexer 9, the analog-to-digital converter 10, the microcontroller 11, the USB 13 interface are internal nodes of the used modern C8051F342 [l 1] microcircuit manufactured by Silicop Labors.
  • the microcontroller 11 with a high speed, several hundred times higher than the frequency of registration of the trajectory of human movement, sequentially polls the inputs of the multiplexer 9, and the analog-to-digital converter 10 converts them into digital form.
  • the microcontroller then filters the data and normalizes the data, calculating the difference between the output signal and the midpoint of the supply voltage measured using sensor 8.
  • the signals from the outputs of all sensors allow you to calculate the offset along each of the X, Y, and Z axes that is stored every millisecond in Flash 14.
  • the number of bytes recorded in 1 ms is 4 (lopg is a long unsigned number) for registering the current time + 3 coordinates * 4 bytes per coordinate, a total of 16 bytes. Obviously 16 seconds of data is saved in 1 second.
  • the AT45DB642 Flash memory chip which has a capacity of 8 MB, is enough for 500 seconds (8 minutes) of recording, and an MMC card with a capacity of 128M can last 8000 seconds or 500 minutes (about 8 hours). This is quite enough for a human athlete to perform any exercise that requires registration.
  • the accumulated data is read from the device to the computer.
  • the advantages of the proposed method and device are: • higher accuracy of recording the trajectory of the body of a person (athlete);
  • test person is free from a certain orientation in space, for example, so that the sensors are lit or turned towards the receiving antenna or photodetector;
  • the devices used in the claimed method are autonomous, i.e. during measurements and registration, they have neither communication with a computer nor external power, therefore, they do not have wires or other elements that interfere with the natural movement of the test person.

Abstract

The inventive method for method for determining the motion trajectory of a person or the members thereof (arms, legs or body) consists in fixing to the body at least five self-contained three-dimensional displacement microcontroller devices comprising three angular acceleration sensors (gyroscopes) (1, 2, 3), each of which is oriented in the direction of one of mutually perpendicular axes (X, Y, Z), three linear acceleration transducers (accelerometers) (4, 5, 6), each of which is oriented in the direction of one of mutually perpendicular axes (X, Y, Z), and a three-dimensional semiconductor compass, the output signals of which are multiplexed, digitized and recorded in a Flash bulk memory, and, once the task is performed, said signals can be fetched, via a high-speed USB interface, into an external computer, for recovering the motion trajectory of the entire body or of the members thereof.

Description

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ (ОРЕНТАЦИИ) METHOD FOR DETERMINING THE TRAJECTORY OF MOTION (ORENTATION)
ЧЕЛОВЕКА (СПОРТСМЕНА) ИЛИ ОТДЕЛЬНЫХ ЕГО ЧАСТЕЙHUMAN (ATHLETE) OR SEPARATE ITS PARTS
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИAND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Изобретение относится к области спортивной медицины и более точно касается способа регистрации траектории движения (ориентации) человека (спортсмена) или отдельных его частей и устройства для его осуществления.The invention relates to the field of sports medicine and more specifically relates to a method for recording the movement path (orientation) of a person (athlete) or its individual parts and 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 его 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 произведения вычислений, связанный с необходимостью ввода большого числа кадров изображений в ЭВМ и его анализа; предполагает определенные условия освещения человека в ходе съемки; предполагает нахождение человека в пределах прямой видимости кинoкaмep(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 its subsequent processing in order to calculate the motion paths 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 it; involves certain lighting conditions of a person during the shooting; involves a person within the direct line of sight of movie camera (s); has a high cost.
Известен другой 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 [1- 3].There is another way of registering 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 information sensitive to the signals of these elements means record 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 — marks that illuminate and conduct high-speed shooting using 3 or more television cameras connected using high-speed analog input channels with a specialized computer [1-3].
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.However, this method also requires the 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, основанные на применении эффекта Холла, пъезорезистивных, электромагнитных и электростатических датчиков. Все эти способы и устройства, их реализующие, имеют общие недостатки: необходимость воздействия на человека электромагнитным или электростатическим полями; ограниченная область действия, обусловленная конечной чувствительностью датчиков; более низкая, чем у оптических способов точность, высокая 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, based on the use of the Hall effect, piezoresistive, electromagnetic and electrostatic sensors. All these methods and devices that implement them have common disadvantages: the need for exposure to humans by electromagnetic or electrostatic fields; limited scope due to the finite sensitivity of the sensors; lower accuracy than optical methods, high cost.
Наиболее близким по сущности (прототипом) являются способ регистрации движений человека и устройство для его осуществления, описанные в [4]. Описываемый способ состоит 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. На теле человека размещают одно трехкоординатное микроконтроллерное устройство измерения угловых ускорений (отклонений), включающее три датчика угловых ускорений, 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 из которой затем используют для последующей обработки.The closest in essence (prototype) are a method of recording human movements and a device for its implementation, described in [4]. The described method 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, recording information received from them, and processing the recorded information using a computer to obtain data on the nature of movements person. A three-coordinate microcontroller device for measuring angular accelerations (deviations) is placed on the human body, including three angular acceleration 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 , information from which is then used for subsequent processing.
Описываемые способ и устройство — прототип имеют ряд недостатков.The described method and device prototype have several disadvantages.
Одним из недостатков является описываемого способа и устройства является относительно низкая точность реконструкции (последующего вычисления) траектории движения части тела (руки, ноги или туловища) человека (спортсмена), на которой закреплено трехкоординатное микроконтроллерное устройство измерения угловых ускорений, что связано с тем фактом, что датчики угловых отклонений измеряют кратковременные относительные угловые отклонения, т.е. их показания зависят и от начального положения объекта, и выдают результат только в короткий промежуток времени при ускоренном движении. При равномерном же движении такие датчики по истечении времени реакции, измеряемого как правило, десятками микросекунд, показывают нулевой результат. Время реакции этих датчиков обуславливается постоянной времени внутренней или внешней RC цепочки интегрирования, подключенной к датчику.One of the disadvantages of the described method and device is the relatively low accuracy of reconstruction (subsequent calculation) of the trajectory of the body part (arm, leg or body) of a person (athlete), on which a three-coordinate microcontroller device for measuring angular accelerations is fixed, due to the fact angular deviation sensors measure short-term relative angular deviations, i.e. their readings depend on the initial position of the object, and give the result only in a short period of time with accelerated movement. With uniform motion, such sensors after a reaction time, usually measured in tens of microseconds, show a zero result. The reaction time of these sensors is determined by the time constant of the internal or external RC integration circuit connected to the sensor.
Также влияет на точность восстановления траектории движения тот факт, что датчики угловых ускорений имеют постоянно накапливающуюся ошибку измерения при постоянном длительном движении в одном направлении.The fact that the angular acceleration sensors have a constantly accumulating measurement error with constant continuous movement in one direction also affects the accuracy of restoring the trajectory of motion.
Существует специальная область знаний - инерциальная навигация, в которой доказывается, что для более-менее точного восстановления траекторий движения точки по показаниям датчиков необходимо иметь в исследуемой точке показания не только трехкоординатных датчиков угловых ускорения, но и также трехкоординатных датчиков линейных ускорений, а также знать угол направления движения по сравнению с направлением на север [5,6]. Это означает, что каждое микроконтроллерное измерительное устройство, закрепляемое на значимой точке тела, должно иметь такой набор датчиков.There is a special area of knowledge - inertial navigation, in which it is proved that for more or less accurate restoration of the point's trajectories according to the sensor readings, it is necessary to have at the studied point the readings of not only three-coordinate angular acceleration sensors, but also three-coordinate linear acceleration sensors, and also know the angle direction of travel compared to direction to the north [5,6]. This means that each microcontroller measuring device, mounted on a significant point in the body, must have such a set of sensors.
Кроме того, для ретроспективного восстановления траектории движения всего тела одного микроконтроллерного устройства с вышеуказанным набором датчиков, закрепленного на одной из конечностей явно мало. Необходимо иметь, как минимум, по одному такому устройству с комплектом датчиков на каждой их конечностей и хотя бы один комплект на туловище (поясе) человека (спортсмена). Измерительные устройства с датчиками необходимо закреплять на последних свободных фрагментах конечностей, например, на запястьях и лодыжках. Очевидно, что при этом не удастся восстановить траектории движения кистей рук и ступней ног. Измерительное устройство на поясе человека позволит условно восстановить траекторию движения туловища без учета возможных поворотов, например, нижней части туловища относительно верхней, или изгибов туловища. Таким образом, для более-менее точного восстановления траектории движения человека необходимо как минимум пять комплектов микроконтроллерньrх измерительных устройств с полным набором датчиков. Для еще более точной реконструкции траектории движения человека необходимо увеличивать количество измерительных систем и закреплять их на каждый движущийся фрагмент тела человека.In addition, for retrospective restoration of the trajectory of the entire body of one microcontroller device with the above set of sensors, mounted on one of the limbs is clearly not enough. It is necessary to have at least one such device with a set of sensors on each of their limbs and at least one set on the body (belt) of a person (athlete). Measuring devices with sensors must be fixed on the last free fragments of the limbs, for example, on the wrists and ankles. Obviously, in this case it will not be possible to restore the trajectories of the hands and feet. The measuring device on the human belt will allow you to conditionally restore the trajectory of the body without taking into account possible turns, for example, the lower part of the body relative to the upper, or bends of the body. Thus, for more or less accurate restoration of the trajectory of a person’s motion, at least five sets of microcontroller measuring devices with a full set of sensors are needed. For even more accurate reconstruction of the trajectory of a person’s movement, it is necessary to increase the number of measuring systems and fix them to each moving fragment of the human body.
Целью настоящего изобретения (способа и устройства) является повышение точности определения (реконструкции) траектории движения (ориентации) человека (спортсмена) или отдельной его части. При этом способ и устройство должны быть свободны от указанных выше недостатков, а именно, не требовалось бы для 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.The aim of the present invention (method and device) is to increase the accuracy of determination (reconstruction) of the trajectory of movement (orientation) of a person (athlete) or its individual part. At the same time, the method and device should be free from the above disadvantages, namely, it would not be required to carry out mandatory external exposure (illumination) of the test subject, binding to a certain limited territory (sensor coverage area), mandatory presence of a person in a line of sight and a certain orientation relative to the signal receiving means sensors.
Поставленная цель достигается тем, что в способе регистрации траектории движения (ориентации) человека (спортсмена) или отдельных его частей, состоящий в том, что в значимых точках тела человека размещают элементы (трехкоординатные автономные измерительные устройства), чувствительные к изменению их положения в пространстве и способные определять полные пространственные перемещения этих точек, с помощью чувствительных к сигналам этих элементов средств записывают полученную от них информацию в память (автономных носимых устройств), считывают полученные синхронизированные данные из автономных носимых устройств в ЭВМ и обрабатывают информацию с получением реконструкции траекторий движения, как отдельных частей тела человека, так и всего тела в целом. Согласно изобретению, для точной реконструкции траектории движения тела человека, на нем (теле) человека размещают в зависимости от необходимой точности реконструкции от 5 до 11 трехкоординатных автономных измерительных устройств, каждое из которых включает по три датчика угловых и линейных ускорений (по три полупроводниковых гироскопа и акселерометра), каждый из которых ориентируют в направлении одной из трех взаимно перпендикулярных осей (X, Y, Z), и полупроводниковый компас. Сигналы с выходов этих датчиков оцифровывают с временным интервалом примерно 1 миллисекунда, предварительно обрабатывают их на встроенном микроконтроллере (масштабируют, нормируют, сжимают) и записывают сигналы в Flаsh (энергонезависимую) память, информацию с которой затем считывается в ЭВМ через быстрый интерфейс (например, USB) и используют для последующей обработки - реконструкции траектории движения тела человека.This goal is achieved by the fact that in the method of recording the trajectory of movement (orientation) of a person (athlete) or its individual parts, consisting in the fact that at significant points in the human body are placed elements (three-coordinate autonomous measuring devices) that are sensitive to changes in their position in space and capable of determining the total spatial displacements of these points, using the means sensitive to the signals of these elements, write the information received from them into memory (autonomous wearable devices), yvayut synchronized data received from the portable autonomous device in a computer and treated to obtain the information reconstruction movement trajectories as individual parts of the human body and the whole body in general. According to the invention, for accurate reconstruction of the trajectory of a person’s body, a person is placed on it (body) depending on the required accuracy of reconstruction from 5 to 11 three-coordinate autonomous measuring devices, each of which includes three angular and linear acceleration sensors (three semiconductor gyroscopes and accelerometers), each of which is oriented in the direction of one of the three mutually perpendicular axes (X, Y, Z), and a semiconductor compass. The signals from the outputs of these sensors are digitized with a time interval of about 1 millisecond, pre-processed by the built-in microcontroller (scaled, normalized, compressed) and written to Flash memory (non-volatile) memory, the information from which is then read into a computer via a fast interface (for example, USB ) and used for subsequent processing - reconstruction of the trajectory of the human body.
Поставленная задача решается также тем, что средство определения перемещения заданной точки выполнено в виде: трех ориентированных по трем взаимно перпендикулярным осям (X, Y, Z) датчиков угловых ускорений (полупроводниковых гироскопов), трех ориентированных по трем взаимно перпендикулярным осям датчиков линейных ускорений (полупроводниковых акселерометров), и полупроводникового компаса, связанных со входами аналогового мультиплексора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с микроконтроллером, выход которого соединен с Flаsh (энергонезависимой) памятью большого объема, а другой выход подключен к высокоскоростному интерфейсу к которому можно подключать ЭВМ для считывания накопленных данных.The problem is also solved by the fact that the means of determining the movement of a given point is made in the form of: three angular acceleration sensors (semiconductor gyroscopes) oriented along three mutually perpendicular axes (X, Y, Z), three linear acceleration sensors (semiconductor) oriented on three mutually perpendicular axes accelerometers), and a semiconductor compass connected to the inputs of an analog multiplexer, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to a mic controller whose output is connected to a Flash (nonvolatile) memory large volume and the other output is connected to the high speed interface which can be connected to the computer reading the stored data.
Flаsh (энергонезависимая) память большого объема может быть выполнена как в виде неразъемной встроенной (впаянной) памяти, так и в виде вставляемой в специальное гнездо (слот) внешней Flаsh памяти, например, обычной Мulti Меdiа Саrd (MMC) или Sесurе Digitаl Саrd (SD) карты.A large flash memory (non-volatile) can be made either as a one-piece internal (soldered) memory, or as an external flash memory inserted into a special slot (slot), for example, an ordinary Multi Media Card (MMC) or Secure Digital Card (SD) ) cards.
Пример реализации способа. Для реализации описываемого способа используются малогабаритные микроконтроллерные автономные устройства, питающиеся от аккумуляторных батарей, т.е. в рабочем состоянии не связанные проводами ни с каким другим устройством. Комплект датчиков содержит три взаимно-перпендикулярных датчика угловых ускорений - полупроводниковых гироскопов (ориентированных по осям X, Y и Z), три взаимно- перпендикулярных датчика линейных ускорений - полупроводниковых акселерометра и полупроводниковый компас. Выходные сигналы всех датчиков через аналоговых мультиплексор подаются на вход аналого-цифрового преобразователя, где они преобразуются в цифровой вид - оцифровываются. Оцифрованные сигналы поступают на соответствующие входы микроконтроллера, которые производит операции предварительной обработки сигналовAn example implementation of the method. To implement the described method, small-sized microcontroller autonomous devices powered by rechargeable batteries are used, i.e. in working condition not connected by wires to any other device. The set of sensors contains three mutually perpendicular sensors of angular accelerations - semiconductor gyroscopes (oriented along the axes X, Y and Z), three mutually perpendicular sensors of linear accelerations - semiconductor accelerometers and a semiconductor compass. The output signals of all sensors through an analog multiplexer are fed to the input of an analog-to-digital converter, where they are converted to digital form - they are digitized. The digitized signals are fed to the corresponding inputs of the microcontroller, which performs the operations of preliminary signal processing
(масштабирование, нормирование, вычисление абсолютных приращений по каждой из Зх осей X, Y и Z). Далее комплект приращений по трем координатам записывается в сжатом виде в Flаsh память большого объема вместе с временными метками. Такие измерительные устройства закрепляются как минимум на 5 значимых точках тела спортсмена - запястьях, лодыжках и поясе. Это позволяет при выполнении спортсменом произвольных упражнений достаточно точно (без учета движений кистей рук и стоп, а также без учета возможных изгибов и поворотов туловища и головы), с высокой скоростью (до 1000 измерений в секунду) и довольно длительное время (например, при емкости Flаsh памяти 8ГБ - примерно 8 минут) на произвольном расстоянии и, при необходимости, вне зоны прямой видимости, производить запись всех его движений. После выполнения спортсменом комплекта упражнений, записанные данные из Flаsh памяти могут быть достаточно быстро считаны во внешнюю ЭВМ через высокоскоростной интерфейс, например, USB. Считанные данные во внешней ЭВМ могут быть использованы для восстановления траекторий движения основных частей тела спортсмена и получения на экране ЭВМ схематического образа человека - спортсмена, выполняющего определенные упражнения. Воспроизведение записанной информации в замедленном или ускоренном темпе, например, позволит выявить ошибки или неточности в движениях спортсмена при выполнении им определенных упражнений. Очевидно, что такой способ может быть также использован в ряде других практических областей, например, для формирования движений человека при создании анимационных фильмов, в военных областях и т.п.(scaling, normalization, calculation of absolute increments along each of the 3x axes X, Y and Z). Next, a set of increments in three coordinates is written in compressed form to a large Flash memory along with timestamps. Such measuring devices are fixed on at least 5 significant points of the athlete’s body - wrists, ankles and belt. This allows the athlete to perform arbitrary exercises quite accurately (without taking into account the movements of the hands and feet, as well as without taking into account possible bends and turns of the body and head), at a high speed (up to 1000 measurements per second) and for a rather long time (for example, with capacity Flash memory of 8GB - about 8 minutes) at an arbitrary distance and, if necessary, outside the line of sight, record all its movements. After the athlete performs a set of exercises, the recorded data from Flash memory can be quickly read into an external computer via a high-speed interface, for example, USB. The read data in an external computer can be used to restore the motion paths of the main body parts of the athlete and obtain on the computer screen a schematic image of a person - an athlete performing certain exercises. Playing back recorded information in slow motion or accelerated pace, for example, will allow you to identify errors or inaccuracies in the movements of the athlete when he performs certain exercises. Obviously, this method can also be used in a number of other practical areas, for example, for the formation of human movements when creating animated films, in military fields, etc.
Описанный способ обеспечивают высокую точность измерений, не требуют жестких условий освещения или облучения человека какими-либо полями, не огранивают 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.The described method provides high measurement accuracy, does not require harsh lighting conditions or irradiation of a person with any fields, does not limit the area of a person; provide a higher speed of data recording than high-speed photography, allow you to register the movement of a person (or parts thereof) for a considerable time and at a considerable distance.
Описание устройства поясняется описанием конкретного варианта его осуществления и прилагаемым чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства.The description of the device is illustrated by a description of a specific variant of its implementation and the attached drawing, which shows a functional diagram of the device.
На фиг.l представлена функциональная схема устройства для регистрации траектории движения человека или отдельной его части (руки, ноги, туловища) - трех координатное автономное носимое измерительное микроконтроллерное устройство, содержащее три (1, 2 и 3) полупроводниковых датчика угловых ускорений (полупроводниковых гироскопа), расположенных на взаимно-перпендикулярных осях (X, Y, Z), три полупроводниковых датчика (4, 5 и б) линейных ускорений (полупроводниковых акселерометров), расположенных на взаимно-перпендикулярных осях (X, Y, Z), датчик - полупроводниковый компас 7, датчик напряжения питания 8, аналоговый мультиплексор 9, аналого-цифровой преобразователь 10, микроконтроллер 11, блок управления датчиками 12, высокоскоростной интерфейс USB 13 и энергонезависимую память 14 большого объема. Выходы всех трех взаимно перпендикулярных датчиков угловых ускорений 1, 2 и 3, трех взаимно перпендикулярных датчиков линейных ускорений 4, 5 и б, полупроводникового компаса 7 и датчика напряжения питания 8 соединены во входами аналогового мультиплексора 9, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 10, выход которого подключен ко входу микроконтроллера 11, одна группа выходов которого соединена с управляющими входами блока управления датчиками 12, выходы которого соединены с соответствующими входами каждого из датчиков 1-8, другая группа вводов/выводов микроконтроллера 11 соединена с вводами/выводами быстродействующего USB интерфейс 13, выход которого может быть соединен с ЭВМ, а третья группа вводов/выводов микроконтроллера 11 соединена с вводами/выводами быстродействующей Flаsh (энергонезависимой) памяти 14.Figure l presents a functional diagram of a device for recording the trajectory of a person or a part of it (arms, legs, torso) - a three-coordinate autonomous wearable measuring microcontroller device containing three (1, 2 and 3) semiconductor angular acceleration sensors (semiconductor gyroscopes) located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z), three semiconductor sensors (4, 5 and b) of linear accelerations (semiconductor accelerometers) located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z), the sensor - along uprovodnikovy compass 7, voltage sensor 8, an analog multiplexer 9, an analog-digital converter 10, microcontroller 11, sensor control unit 12, the high-speed USB interface 13 and nonvolatile memory 14 of large volume. The outputs of all three mutually perpendicular angular acceleration sensors 1, 2 and 3, three mutually perpendicular linear acceleration sensors 4, 5 and b, the semiconductor compass 7 and the voltage sensor 8 are connected to the inputs of the analog multiplexer 9, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 10, the output of which is connected to the input of the microcontroller 11, one group of outputs of which is connected to the control inputs of the sensor control unit 12, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of each of the sensors ovs 1-8, another group of inputs / outputs of the microcontroller 11 is connected to the inputs / outputs of the high-speed USB interface 13, the output of which can be connected to a computer, and the third group of inputs / outputs of the microcontroller 11 is connected to the inputs / outputs of the high-speed Flash (non-volatile) memory 14 .
Способ регистрации движений человека станет понятным из описания работы устройства.The method of recording human movements will become clear from the description of the operation of the device.
В значимых точках тела чeлoвeкa(кoнeчнocтяx, голове) размещают элементы, чувствительные к их изменению положения в пространстве. Например, для минимальной точности реконструкции движения всего тела на запястьях рук, лодыжках ног и поясе закрепляют по одному трех координатному автономному измерительному микроконтроллерному устройству, согласно изобретению.At significant points on the human body (of the limbs, head), elements are placed that are sensitive to their change in position in space. For example, for minimal accuracy in reconstructing the movement of the whole body on the wrists, ankles of the legs and the belt, one three coordinate autonomous measuring microcontroller device is fixed according to the invention.
Устройство работает следующим образом. Все три полупроводниковых датчика угловых ускорений 1, 2 и 3 расположены на взаимно-перпендикулярных осях (X, Y, Z) выполнены, например, на базе полупроводниковых гироскопов ADXRS 15 OEB [7] фирмы Апаlоg Dеviсеs. При повороте датчика вокруг измерительной оси (при изменении положения контрольной точки в процессе движения человека) на сигнальном выходе относительно средней величины напряжения питания генерируется напряжение, эквивалентное углу поворота датчика за единицу времени, т.е. угловой скорости (скорости поворота датчика). Все три полупроводниковых датчика линейных ускорений 4, 5 и 6 расположены на взаимно-перпендикулярных осях (X, Y, Z) выполнены, например, на базе полупроводниковых акселерометров ADXL202E[8] фирмы Апаlоg Dеviсеs. При смещении датчика вдоль измерительной оси (при сдвиге контрольной точки вдоль оси в процессе движения человека) на сигнальном выходе относительно средней величины напряжения питания генерируется напряжение, эквивалентное величине сдвига датчика за единицу времени, т.е. эквивалентное линейной скорости. Полупроводниковый компас 7 может быть выполнен, например, на базе трехкоординатной микросхемы HMC1055[9] фирмы Нопеуwеll. На его выходе напряжение эквивалентно отклонению оси датчика от направления на север. Датчик 8 предназначен для измерения напряжения питания датчиков с целью вычисления средней точки напряжения питания. Средняя точка напряжения питания необходима для вычисления положительных или отрицательных сигналов на выходе датчиков. Сигналы с выходов всех датчиков подаются на входы аналогового мультиплексора 9, а с его выхода подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 10, выходы которого соединены со входами микроконтроллера 11, выходы которого соединены со входами блока управления датчиками 12, выходы которого соединены с соответствующими входами всех датчиков. Управление датчиками необходимо для минимизации погрешностей измерений. Другие входы/выходы микроконтроллера 11 соединены со входами/выходами высокоскоростного интерфейса USB 13, выход которого может быть соединен со внешней ЭВМ для быстрого считывания накопленных данных. Третьи входы/выходы микроконтроллера 11 соединены со входами/выходами блока Flаsh (энергонезависимой) памяти 14 большого объема, которая служит для накопления данных. Блок Flаsh памяти 14 может быть выполнен, например, на базе впаянной микросхемы AT45DB642D[10] или на базе вставляемой в специальный слот обычной Мultimеdiа карты, например фирмы SшiDisk. Узлы аналогового мультиплексора 9, аналого- цифрового преобразователя 10, микроконтроллер 11, интерфейс USB 13 являются внутренними узлами используемой современной микросхемы C8051F342[l 1] фирмы Siliсоп Lаbоrаtоriеs.The device operates as follows. All three semiconductor angular acceleration sensors 1, 2 and 3 are located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z) made, for example, on the basis of ADXRS 15 OEB [7] semiconductor gyroscopes manufactured by Apalog Devices. 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 average value of the supply voltage, i.e. angular velocity (speed of rotation of the sensor). All three semiconductor linear acceleration sensors 4, 5 and 6 are located on mutually perpendicular axes (X, Y, Z) made, for example, on the basis of ADXL202E [8] semiconductor accelerometers from Apalog Devices. When the sensor is shifted along the measuring axis (when the control point is shifted along the axis during the movement of a person), a voltage equivalent to the sensor shift per unit time is generated at the signal output relative to the average value of the supply voltage, i.e. equivalent to linear speed. The semiconductor compass 7 can be performed, for example, on the basis of a three-coordinate microcircuit HMC1055 [9] from Nopeuwell. At its output, the voltage is equivalent to the deviation of the sensor axis from the north direction. The sensor 8 is designed to measure the supply voltage of the sensors in order to calculate the midpoint of the supply voltage. The midpoint of the supply voltage is necessary to calculate the positive or negative signals at the output of the sensors. The signals from the outputs of all sensors are fed to the inputs of the analog multiplexer 9, and from its output fed to the input of an analog-to-digital converter 10, the outputs of which are connected to the inputs of the microcontroller 11, the outputs of which are connected to the inputs of the sensor control unit 12, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of all sensors. Sensor control is necessary to minimize measurement errors. Other inputs / outputs of the microcontroller 11 are connected to the inputs / outputs of the high-speed USB 13 interface, the output of which can be connected to an external computer for quick reading of the accumulated data. The third inputs / outputs of the microcontroller 11 are connected to the inputs / outputs of the Flash unit (non-volatile) memory 14 of a large volume, which serves to accumulate data. Flash memory block 14 can be made, for example, on the basis of a soldered AT45DB642D microcircuit [10] or on the basis of a conventional Multimedia card inserted into a special slot, for example, SшiDisk. The nodes of the analog multiplexer 9, the analog-to-digital converter 10, the microcontroller 11, the USB 13 interface are internal nodes of the used modern C8051F342 [l 1] microcircuit manufactured by Silicop Labors.
Микроконтроллер 11 с высокой скоростью, в несколько сотен раз превышающей частоту регистрации траектории движения человека, осуществляет последовательный опрос входов мультиплексора 9, а аналого-цифровое преобразователь 10 осуществляет их преобразование в цифровую форму. Затем микроконтроллер производит фильтрацию данных и нормализацию данных, вычисляя разницу между выходным сигналом и средней точкой напряжения питания, измеряемого с помощью датчика 8. Сигналы с выходов всех датчиков позволяют вычислить смещение вдоль каждой из осей X, Y и Z, которое сохраняется каждую миллисекунду в Flаsh памяти 14. Поскольку для всесторонней регистрации движений может использоваться несколько таких устройств, закрепленных, например, на туловище и конечностях, для синхронизации записи в микроконтроллере 11 используется программный таймер реального времени (Rеаl Тimе Сlосk - RTC), который может синхронизироваться по интерфейсу USB 13.The microcontroller 11 with a high speed, several hundred times higher than the frequency of registration of the trajectory of human movement, sequentially polls the inputs of the multiplexer 9, and the analog-to-digital converter 10 converts them into digital form. The microcontroller then filters the data and normalizes the data, calculating the difference between the output signal and the midpoint of the supply voltage measured using sensor 8. The signals from the outputs of all sensors allow you to calculate the offset along each of the X, Y, and Z axes that is stored every millisecond in Flash 14. Since several such devices can be used for comprehensive registration of movements, mounted, for example, on the trunk and limbs, to synchronize recording in microcontroller 11, Real-time gram timer (Real Time Closk - RTC), which can be synchronized via USB 13.
При заданном периоде регистрации, например, 1 мс, количество байт, записываемых за 1 мс, составляет 4 (lопg — длинное без знаковое число) для регистрации текущего времени + 3 координаты * 4 байта на каждую координату, всего 16 байтов. Очевидно, что за 1 секунду сохраняется 16 Кбайт данных. При такой скорости записи микросхемы Flаsh памяти AT45DB642, имеющей объем 8 Мбайт хватит на 500 секунд (8 минут) записи, а MMC карты с объемом 128M - на 8000 секунд или 500 минут (примерно 8 часов). Этого вполне достаточно для выполнения человеком-спортсменом любого упражнения, требующего регистрации. При подключении прибора к внешней ЭВМ через интерфейс USB 13 накопленные данных считываются из прибора в ЭВМ.For a given registration period, for example, 1 ms, the number of bytes recorded in 1 ms is 4 (lopg is a long unsigned number) for registering the current time + 3 coordinates * 4 bytes per coordinate, a total of 16 bytes. Obviously 16 seconds of data is saved in 1 second. At this write speed, the AT45DB642 Flash memory chip, which has a capacity of 8 MB, is enough for 500 seconds (8 minutes) of recording, and an MMC card with a capacity of 128M can last 8000 seconds or 500 minutes (about 8 hours). This is quite enough for a human athlete to perform any exercise that requires registration. When connecting the device to an external computer via the USB 13 interface, the accumulated data is read from the device to the computer.
Преимуществами предлагаемого способа и устройства состоят в: • более высокой точности записи траектории движения тела человека (спортсмена);The advantages of the proposed method and device are: • higher accuracy of recording the trajectory of the body of a person (athlete);
• отсутствии необходимости в воздействии на человека внешними электростатическими, электромагнитными или иными полями, вредными для здоровья;• no need for exposure to humans by external electrostatic, electromagnetic or other fields harmful to health;
• испытуемый человек полностью свободен от территориальных ограничений (не связан ни с чем ни проводами, ни креплениями, ни используемым оборудованием, ни зоной видимости или уверенного радиоприема);• the test person is completely free from territorial restrictions (not connected to anything with wires or mounts, nor with the equipment used, nor with the zone of visibility or reliable radio reception);
• испытуемый человек свободен от определенной ориентации в пространстве, например, чтобы датчики были освещены или повернуты к приемной антенне или фотоприемнику;• the test person is free from a certain orientation in space, for example, so that the sensors are lit or turned towards the receiving antenna or photodetector;
• скорость регистрации при данном способе и устройстве существенно выше, чем в противопоставляемых устройствах, т.к. не ограничивается необходимостью в ручных измерениях, пропускной способностью каналов связи и т.п.• the registration speed with this method and device is significantly higher than in opposed devices, because not limited to the need for manual measurements, the bandwidth of communication channels, etc.
• используемые в заявляемом способе устройства автономны, т.е. не имеют во время измерений и регистрации ни связи с компьютером, ни с внешним питанием, следовательно, не имеют проводов и других элементов, мешающих естественному движению испытуемого человека.• the devices used in the claimed method are autonomous, i.e. during measurements and registration, they have neither communication with a computer nor external power, therefore, they do not have wires or other elements that interfere with the natural movement of the test person.
Литература:Literature:
1. Ахеl Мuldеr - Sсhооl оf Кiпеsiоlоgу, Simоп Frаsеr Uпivеrsitу, 8 Мау 1998.1. Achel Mulder - Schoof of Kipesiologu, Simop Fraser Upiversitu, 8 Mau 1998.
2. Вiоепgiпееriпg Тесhпоlоgу & Sуstеms / Suреrfluо: ELITE Dаtе.2. Wipegipeeripes Technology & Systems / Superfluo: ELITE Data.
3. Sеlsроt AB: SELSPOT II Dаtе; Nоrthеm Digitаl Iпс. : Орtоtrаk Dаtе.3. Selsrot AB: SELSPOT II Date; Northem Digital Ips. : Ortotrak Date.
4. RU 2257846 Cl «Cпocoб регистрации движений человека и устройство для его осуществлениям4. RU 2257846 Cl "Method for registering human movements and a device for its implementation
5. В.В. Подцубный Рестриктивная фильтрация в навигационных системах / Научно-техническая библиотека Тернопольского Государственного Политехнического Университета, http://library.tetu,edu.ua/resources/fileserver, vроddl.рdf.5. V.V. Podzubny Restrictive filtering in navigation systems / Scientific and Technical Library of Ternopol State Polytechnical University, http: //library.tetu,edu.ua/resources/fileserver, vroddl.рdf.
6. ИМ. Данилин, EM. Медведев, CP. Мельников - Лазерная локация земли и леса, Глава 4, Навигационное обеспечение лазерной локации, http://www.ssga.ru/metodich/les/j4.html6. IM. Danilin, EM. Medvedev, CP. Melnikov - Laser location of land and forest, Chapter 4, Navigation support for laser location, http://www.ssga.ru/metodich/les/j4.html
7- Mtp://www.atia1og.com/UploadedFiles/Бvaluation_ιιBoards/Tools/9303074ADXRS,150EB_д0.pdf7- Mtp: //www.atia1og.com/UploadedFiles/Bvaluation_ ιι Boards / Tools / 9303074ADXRS, 150EB_ d 0.pdf
8- http:/'/www.analog.com/UploadedFilcs,Oata_Sheets/ADXL202E.pdf8- http: / '/ www.analog.com/UploadedFilcs,Oata_Sheets/ADXL202E.pdf
9. http://www.ssec.hoдeywell.comУmagnetic/datasheets/hmc l Q55.pdf9.Http: //www.ssec.hoдeywell.comUmagnetic/datasheets/hmc l Q55.pdf
10. http://www.atmel.cotti/dvn/resoιιrces/prod_documents/doc3542.pdf10.http: //www.atmel.cotti/dvn/resoιιrces/prod_documents/doc3542.pdf
11. h1tp://www.silabs.com/public/docцmcnts/tpub doc/dsheet/MicrocontrollersΛJSB/en/C8051F34x.pdf 11. h1tp: //www.silabs.com/public/docmcnts/tpub doc / dsheet / MicrocontrollersΛJSB / en / C8051F34x.pdf

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ регистрации траектории движения (ориентации) человека (спортсмена) или отдельных его частей (рук, ног, туловища), состоящий 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, обрабатывают записанную информацию с помощью внешней ЭВМ с получением данных о характере траектории движения человека, отличающийся тем, что на теле человека размещают по меньшей мере пять (на руках, ногах и поясе) трехкоординатных автономных микроконтроллерных устройств измерения перемещений, включающих по три датчика угловых и линейных ускорений, каждый из которых ориентируют в направлении одной из трех взаимно перпендикулярных осей (X, Y и Z) и трехкоординатный полупроводниковый компас, а полученные с их выходов сигналы через аналоговый мультиплексор подают на аналого-цифровой преобразователь, оцифровывают и записывают в Flаsh (энергонезависимую) память, данные из которой могут быть считаны через высокоскоростной интерфейс во внешнюю ЭВМ для последующей обработки.1. The method of recording the trajectory of movement (orientation) of a person (athlete) or its individual parts (arms, legs, torso), consisting in the fact that at sensitive points on the human body are placed elements that are sensitive to changes in their position in space, using sensitive to the signals of these elements of the tools record the information received from them, process the recorded information using an external computer to obtain data on the nature of the trajectory of a person’s movement, characterized in that at least five are placed on the human body (on arms, legs and belt) of three-coordinate autonomous microcontroller devices for measuring displacement, including three angular and linear acceleration sensors, each of which is oriented in the direction of one of three mutually perpendicular axes (X, Y and Z) and a three-coordinate semiconductor compass, and those obtained from them outputs through an analog multiplexer, are fed to an analog-to-digital converter, digitized and written to Flash (non-volatile) memory, data from which can be read out via a high-speed interface to an external computer for further processing.
2. Устройство, отличающееся тем, что средство определения перемещения выполнено в виде трех пар ориентированных по трем взаимно перпендикулярным осям (X, Y, Z) датчиков угловых и линейных ускорений и трехкоординатного полупроводникового компаса, связанных со входами аналогового мультиплексора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входами микроконтроллера, входы / выходы которого также соединены с блоком Flаsh памяти и высокоскоростным интерфейсом USB. 2. A device, characterized in that the displacement determination means is made in the form of three pairs of angular and linear acceleration sensors oriented along three mutually perpendicular axes (X, Y, Z) and a three-axis semiconductor compass connected to the inputs of an analog multiplexer, the output of which is connected to the input analog-to-digital converter, the output of which is connected to the inputs of the microcontroller, the inputs / outputs of which are also connected to the Flash memory unit and a high-speed USB interface.
PCT/MD2007/000004 2006-12-21 2007-11-09 Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method WO2008075926A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MD20060287 2006-12-21
MDA20060287 2006-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008075926A1 true WO2008075926A1 (en) 2008-06-26

Family

ID=39536492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/MD2007/000004 WO2008075926A1 (en) 2006-12-21 2007-11-09 Method for determining the motion trajectory (orientation) of a person (sportsman) or the members thereof and a device for carrying out said method

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA011541B1 (en)
WO (1) WO2008075926A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110236560A (en) * 2019-06-06 2019-09-17 深圳市联邦佳维工业装备有限公司 Six axis attitude detecting methods of intelligent wearable device, system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012111304A1 (en) * 2012-11-22 2014-05-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus, method and computer program for reconstructing a movement of an object
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
RU2750758C1 (en) * 2020-10-30 2021-07-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for retrospective determination of object movement trajectory and device for its implementation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102922C1 (en) * 1995-12-05 1998-01-27 Юрий Борисович Власов Thermometer
RU2257846C1 (en) * 2004-04-28 2005-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛАУРУС" Method and device for registering human movements
RU51475U1 (en) * 2004-12-28 2006-02-27 Закрытое акционерное общество "Гранит-ВТ" SYSTEM FOR ASSESSING THE FUNCTIONAL CONDITION OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM OF THE HUMAN (OPTIONS) AND DEVICE FOR MEASURING AND REGISTRATION OF MOTION PARAMETERS

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5991311A (en) * 1982-10-12 1984-05-26 ロケ マナ リサーチ リミテッド Electronic compass for transport means
RU2098764C1 (en) * 1996-05-29 1997-12-10 Русланов Александр Семенович Method for determination of moving object location and device for its realization
RU2234128C2 (en) * 1999-04-09 2004-08-10 Прохоров Владимир Валентинович Manipulators "turtle" (variants), "wheel", friction compass

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102922C1 (en) * 1995-12-05 1998-01-27 Юрий Борисович Власов Thermometer
RU2257846C1 (en) * 2004-04-28 2005-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛАУРУС" Method and device for registering human movements
RU51475U1 (en) * 2004-12-28 2006-02-27 Закрытое акционерное общество "Гранит-ВТ" SYSTEM FOR ASSESSING THE FUNCTIONAL CONDITION OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM OF THE HUMAN (OPTIONS) AND DEVICE FOR MEASURING AND REGISTRATION OF MOTION PARAMETERS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"3-Axis Compass Sensor Set HMC1055", SUMMARY FIRM HONEYWELL, September 2005 (2005-09-01), pages 1 - 11, Retrieved from the Internet <URL:http://www.honeywell.com/magneticsensor> *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110236560A (en) * 2019-06-06 2019-09-17 深圳市联邦佳维工业装备有限公司 Six axis attitude detecting methods of intelligent wearable device, system

Also Published As

Publication number Publication date
EA011541B1 (en) 2009-04-28
EA200701569A2 (en) 2007-12-28
EA200701569A3 (en) 2008-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104757976B (en) A kind of Human Body Gait Analysis method and system based on Multi-sensor Fusion
Wu et al. Development of a wearable-sensor-based fall detection system
CN108836346A (en) A kind of Human Body Gait Analysis method and system based on inertial sensor
Krigslund et al. A novel technology for motion capture using passive UHF RFID tags
ES2607030T3 (en) Motion Detection Procedure
JP2010519525A (en) Device and method for detecting path of moving object in two dimensions
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
Tjhai et al. Using step size and lower limb segment orientation from multiple low-cost wearable inertial/magnetic sensors for pedestrian navigation
Garimella et al. Capturing joint angles of the off-site human body
US20240027176A1 (en) System for tracking an object
RU2257846C1 (en) Method and device for registering human movements
Castañeda et al. Knee joint angle monitoring system based on inertial measurement units for human gait analysis
CN113229806A (en) Wearable human body gait detection and navigation system and operation method thereof
JP2011033489A (en) Marker for motion capture
US10893826B2 (en) Electronic caliper for assessing patient biomechanics
US20090063088A1 (en) Wristwatch type acceleration detection module
WO2008075927A1 (en) Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method
Tan et al. Joint angle analysis with imu sensors for gait
KR102229071B1 (en) Apparatus for implementing motion using piezoelectric sensor and method thereof
US11960013B2 (en) Motion capture system and method
US11497452B2 (en) Predictive knee joint loading system
Liu et al. Physical sensor difference-based method and virtual sensor difference-based method for visual and quantitative estimation of lower limb 3D gait posture using accelerometers and magnetometers
Abhayasinghe Human gait modelling with step estimation and phase classification utilising a single thigh mounted IMU for vision impaired indoor navigation
WO2008075925A1 (en) Method for determining the motor activity of a person (sportsman) and a device for carrying out said method
Gasser Motion estimation using inertial sensor technology with applications to sporting exercises

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07834477

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07834477

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1