JP6837484B2 - 運動をデジタル化し評価する装置 - Google Patents
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Description
本発明は、運動をデジタル化し評価する装置に関する。
本発明の主題は、運動をデジタル化し評価する装置で、永続的な外部参照信号がなくても、様々な側面からみて、以前のものと比べ、より正確なショット、またはモーションファイルを作成することができるものである。ハードウェアである装置に密接にリンクされている処理ソフトウェアもある。この装置の重要な要素は、身体に密接に固定された慣性の原理で機能するセンサーネットワークであり、その信号に基づき瞬時分析可能なソフトウェアが被験者の空間における動きを記録する。この装置は、人間工学的な分析、モーションアニメーションの作成、娯楽、健康、選手運動分析、又は他の目的に使用することができる。
３Ｄ運動デジタル化に当たって、検出されるヒト（又は他の自由度の高い生き物、及びオブジェクト）の動きが記録され、必要な解像度で被験者の動きを従っているデジタルモデルが作成される。録画に基づいた、生き生きしたアニメーション映画、人間工学的な録画、分析可能な動きが作成し、この録画が検索可能なデータベースに整理することができる。より単純な場合には、被験者の動きのみが記録される。現在知られているMOCAP（モーション・キャプチャー）システムの記録は、空間内の複数の場所に配置された従来の赤外線カメラ、または音響レコーダを使用して作成される。EP2787456（A2）− Creating ergonomic manikin postures and controlling computer-aided design environments using natural user interfacesに係る特許明細書は、この一例を説明する。被験者の身体の重要なところに固定されたカメラ、またはマーカーに適当な音響、または磁気記録装置で取られた受動的、および能動的なマーカー、そしてマーカーの位置から三角計算法によって骸骨の位置、又はその変位をコンピュータで算出する方法がよく知られている。それらの最も簡単な形態のマーカーの１つは、独自の移動ユニットを形成する身体部分に固定された慣性エンコーダである。この場合、外部監視装置は不要であり、各肢の角度位置に基づいて明確に決めたセンサーの信号に基づいてベクトルフレームを組み立てることができる。この設計に関する例として、US2007250286（A1）Motion Monitoring and Analysis Systemに係る発明のセンサーシステムが挙げられる。このセンサーシステムは、足の裏の圧力センサー、ひずみ計スタンプを含むかなりの数のセンサーを含有しているので、動きを受け入れるほど正確に受け取るが、欠点が、胴体のセンサーの内に少なくとも一つが背中と異なる位置に固定されていることによって動きの検出の精度が低下する。この装置は、姿勢感覚、および足の裏圧力によって測定された体重増加の重量に基づいて計算された肉体労働者（特に脊椎）の身体的な完全性を検出するために推奨されている。足の裏センサーの信号は動きの計算に関与しなくて、又使用分野の特徴により、できたモデルは、移動運動を行っていないから、これに注意を払う必要はない。US2013217352（A1） - SYSTEM AND METHOD TO PREDICT AND AVOID MUSCOLOSKELETAL INJURIESという発明は、同じ目的のために姿勢の並びに、足の裏圧力も測定し、この上、これを３ヶ所で行われるが、これは、脊椎荷重の測定に厳密に限定されたので、移動運動が計算されない。WO2012161407（A1）- METHOD OF MOTION TRACKINGに係る発明について、身体に固定された慣性トランスミッターのシステムとして知られていて、しかしここにも胴体のセンサーの内に少なくとも一つは腹側にあるので、測定を阻害することになる。人間工学、健康、またはスポーツ目的のためには、四肢の位置だけでなく、それらに当たる外力の検出する必要はあることが多い。産業用途の場合、例えば、把持、他の理由で手の表面に現れる圧力の検出、監視は非常に有益で、また被験者の移動運動を検出することがしばしば必要である。従来の運動デジタル化システムはこのタスクをしばしば外部参照センサー、例えば磁力計を使用して行う。しかし、これは大きな金属物体（機械）の周辺には不正確で、使用することはできない。３ベクトルモデルから成るモデル足の動きは被験者の歩きを不正確に、不十分の滑らかさで従うので、よって移動しながら作業を行う被験者の空間における位置が時の流れで不確定に成りつつあり、マッピングされたモデルは現実と異なることがこの評価システムの別の欠点である。
我々の目的は、移動運動のより正確なトラッキングを含め、特に、より正確なマッピングによって、既知の慣性運動デジタル化、及び評価システムを上回ることである。我々の更なる目的は、静的、および動的な状態のより正確なトラッキング、識別、及びできるだけ自律的な動作を達成することである。並びに我々の目的は、身体の主要な接触面に（足の裏、手）に現れる外部からの力を身体の位置と同時の検出し、これが特に産業用、人間工学アプリケーションに当たって重要な情報を与えることになる。
提案されたソリューションは、他の目的（主に負荷測定）に使用される足の裏圧力計の信号が運動を分析するためにも使用できるという認識に基づいている。この装置は、足が安定した地面にある時を正確に知るのに役立ち、移動距離を以前よりも正確に測定することができる。人は丁度両足に立っているか、静的、または動的な状態であるかを簡単に検出することができ、異なる足指と踵の差圧によって、フットスイッチの瞬間がもっと正確にわかる。提案された装置は、足の裏の先の三分の一や踵がいつ地面にあることを区別することができ、そのために歩きの過程について従来のシステムより詳しい情報が得られる。
歩きの過程が始まるとき、最初にステップする足の踵が地面から離れる足の裏の先の部分は地面から上昇するまで動かないままである。圧力センサーのシステム化によって身体モデルのアニメーションがより正確かつスムーズ可能にする、足の裏の先の三分の一と三分の二の部分との角度差を確定できる。圧力センサーの陰で、動的、および静的状態の区別ができ、被験者の身体が垂直面からの離れることもフィードバックできる。より精密な動き検出のために、この目的のために従来のシステムで不可欠な外部磁気方位を容易に使用しなくてもよい。この検出方法は、大きな金属物体の歪みのために工業環境では困難であった。我々の更なる認識は、脊椎の動きを既存のシステムで使用される３つのセンサーの代わりに４つのセンサーが記録し、我々の提案した特別なストラップジャケットの陰で、各センサーが直接に脊椎の上に配置されているので、胸部に一つも固定されず、よって脊椎の位置がもっと正確にモニタリングできる。
即ち、提案された発明の主題は、試験者、生き物、またはオブジェクトの可動部分、部品に装着される慣性測定装置、制御ユニット、データ記憶装置、およびそれらの間の有線、または無線で接続された部品から構成する運動デジタル化、及び評価する装置である。人間の動きのモデル化に当たって、装置のもう一つの特徴は、大腿、下肢、足の甲、肩、二の腕、前腕、手の甲、頭、腰と胴体に固定されたセンサーに加えて、少なくとも1つの測定ユニットが背中の脊椎の近くに固定されていて、又はそれぞれの足の甲の測定ユニットに足の裏ユニット、それぞれの手の甲測定ユニットに圧力感知グローブが接続されている。腰測定ユニットと脊椎測定ユニットがユーザーの背中に固定されてある。足の裏ユニットには、少なくとも２つの圧力センサーがあり、1つは踵にあり、もう1つは爪先の下にある。圧力センサーグローブは、掌の上、および指骨の内側に少なくとも３つの圧力センサーを有する。
測定ユニットの殆どは一般的な測定ユニットである。一般的な測定ユニットには、少なくとも1つの三軸加速度センサー、少なくとも１つの三軸角加速度センサー、内部データバス、調整三軸磁力計と制御ユニットとのインターフェースを含んでいる。
足の甲測定部は、三軸加速度センサー、三軸角加速度センサー、調整三軸磁力計、制御ユニットと各足の甲測定部に接続する圧力センサーの数に相当する数のアナログ/デジタルコンバーターを有する。
アナログ/デジタルコンバーターは、圧力センサーの1つに接続される。
手の甲足の裏ユニットは、三軸加速度センサー、三軸角加速度センサー、調整三軸磁力計、手の甲足の裏ユニットに接続する圧力感知グローブのセンサーの数に相当する数のアナログ/デジタルコンバーターと制御ユニットとのインターフェースを有する。アナログ/デジタルコンバーターは、圧力センサーの1つに接続される。
制御ユニットは、メインプロセッサー、独立した電源を有するリアルタイムクロック回路、データ記憶装置、およびＵＳＢコネクタ−、または測定ユニットへのインターフェースを含む。制御ユニットのサブユニットは、内部データバスによって接続される。
制御ユニットは、メインプロセッサー、独立した電源を有するリアルタイムクロック回路、データ記憶装置、およびＵＳＢコネクタ−、または測定ユニットへのインターフェースを含む。制御ユニットのサブユニットは、内部データバスによって接続される。
装置の好ましい実施形態は、制御ユニットとすべての測定ユニットのインターフェースが単一のＲＦユニットである。
制御ユニットの好ましい実施形態では、少なくとも1つの外部バスコネクターが設けられる。
装置のさらに好ましい実施形態では、足の裏ユニットはまた、中足骨の下に配置された第３の圧力センサーを有する。
装置の別の好ましい実施形態では、測定ユニットの少なくとも一部は、独自の内蔵のプロセッサーが設けられ、内蔵プロセッサーは、このユニットの加速度センサー、角加速度センサー、磁力計、アナログ/デジタルコンバーターに直接、または内部データバスで接続されていることを特徴とする。
別の好ましい実施形態における装置は、制御ユニットが、腰測定ユニットと一体になって、脊椎に隣接する腰の周りに、好ましくは腰ベルトに、又は身体に着用している衣服に統合された形で固定されている。
インターフェースはケーブル接続である場合、慣性ユニットと制御ユニットとの間のケーブルが、調節可能なケーブルホルダーを通過することが好ましい。調節可能なケーブルホルダーは、数ヶ所でケーブルを密接に保持し、ケーブルが二つの対面するループを形成するように調節可能なケーブルホルダーを通過させ、調節可能なケーブルホルダーの二本の遊脚(free branches)を引くことによってループの大きさが低減される。
また、インターフェースはケーブル接続部である場合、ケーブルが予め張力を受けたリールで巻き込まれることが好ましい。
また、インターフェースはケーブル接続部である場合、ケーブルが予め張力を受けたリールで巻き込まれることが好ましい。
肩甲骨間と中背中（一般の）測定ユニットは、好ましくは、胸下の水平な帯状のストラップと背中にスムーズに合う対角線の十字ストラップとを含むストラップジャケットに取り付けられる。対角線の十字ストラップの２本の下桟が脇下に帯状のストラップに接続され、２本の上桟が肩に掛けて胸の上を下方に渡って、帯状のストラップの前部、または脇部の下に取り付けられている。肩甲骨間の測定ユニットは十字ストラップの下桟と上桟の交差点に固定されていて、中背の測定ユニットが帯状のストラップの後部に固定されている。
下図を使用して、本発明を詳細に説明する。
測定ユニットの位置、空間図。
運動をデジタル化し評価する装置の概略図。
一般的な測定ユニットの概略図。
内蔵プロセッサーを有する一般的な測定ユニットの概略図。
統合された制御ユニットの概略図。
手の甲の測定ユニットの概略図。
足の甲の測定ユニットの概略図。
圧力感知グローブ上の圧力センサーの配置、掌の側面図。
１４の圧力センサーを適用するグローブ、掌の側面図。
足の裏ユニットの上面図。
別の足の裏ユニットの上面図。
ケーブル付きのケーブルホルダーの空間図。
ケーブルホルダーの側面図。
ストラップジャケットの正面図。
ストラップジャケットの背面。
提示される装置は、ハードウェア、および動作の説明を通じて紹介する。検出は、身体の様々な位置に特殊なストラップジャケットを使用して取り付けた、最低１８以上の測定ユニットを含むセンサーネットに基づいている。さらに、デジタル運動動画の録画のために追加のセンサーを任意の数で統合することができる。図１は、制御ユニット（１）が機械的に脊椎測定装置の一つ、即ち腰測定ユニットと統合され、請求項７の設計点に応じて制御ユニット（１）に合わせて我々が提案している配置システムを示している。この統合の利点は、取り扱いの容易さと制御ユニット（１）の保護であるが、別個の制御ユニットの場合に腰測定ユニットが一般的な設計としてもよく、又制御ユニットは他の測定ユニットのいずれかと統合してもよい。我々の提案によると、分析ソフトウェアでは、マップされたモデルの独自の座標系の原点もこの点である。左足の甲測定ユニット（１５）が左足の甲に、左脛測定ユニット（１４）が左脛に固定され、また名称と図の通りに頭測定ユニット（４）、左肩測定ユニット（５）、左二の腕測定ユニット（６）、左前腕測定ユニット（７）、左手の甲測定ユニット（８）、右肩測定ユニット（９）、右二の腕測定ユニット（１０）、右前腕測定ユニット（１１）、右手の甲測定ユニット（１２）、左大腿測定ユニット（１３）、右大腿測定ユニット（１６）、右脛測定ユニット（１７）、右足の甲測定ユニット（１８）、第２の脊椎測定ユニット（２）、第３の脊椎測定ユニット（３）となっている。
測定ユニット多くは単純かつ均一な内部構造を可能にするもので、しかし手の甲測定ユニット（８，１２）と足の甲測定ユニット（1５、１８）は、ある場合に部分的により正確な測定、部分的に関連する周辺機器のために、脊椎測定ユニットの一つの内部構造が前者と異なっている。図１に見えるように、身体の動きは、通常よりもう一つの、腹と異なる位置に固定された測定ユニットによって記録される。
図２は測定ユニットとその接続を示す。この図では、新しい情報は、接続インターフェース（３１）はケーブルの形でできたことである。インターフェース（３１）とは、それぞれの測定ユニットと制御ユニット（１）との間の接続を意味する。また、図２の様に、足の裏ユニット（１９，２０）が足の甲測定ユニット（１５，１８）に、また圧力センサーグローブ（２１，２２）が手の甲測定ユニット(８，１２)に接続される。
図３は、一般的な測定ユニットのより簡単な設計の内部構成を示す。これらのユニットは、一つの三軸加速度センサー（２４）、一つの三軸角加速度センサー（２５）、一つの調整三軸磁力計から成り、測定ユニット内にインターフェース（３１）に接続され、これを通して制御ユニット（１）に接続される。動作のために不可欠ではないが、二次の三軸磁力計（２６）は破線で示される。この目的のために製造されたセンサーユニットはこのモジュールをよく含んでいるので、したがって我々も提示することにした。産業環境では、この磁力計の検出方法は信頼できないため、これらの信号を使用しない。
図４は、内蔵プロセッサー（４０）も有する一般的な測定ユニットの内部方式である。 これらのユニットは、一つの三軸加速度センサー（２４）、一つの三軸角加速度センサー（２５）、一つの調整三軸磁力計、そして一つの（前の図に関して指摘したようにここに要らない）二次の三軸磁力計（２６）が内蔵データベース（２７）を通して内蔵プロセッサーが接続されているセンサーの信号を事前に処理し、そしてこれに接続されるインターフェース（３１）を通して制御ユニット（１）にデータを送信する。
図５には、同じく統合制御ユニットの内部構造も示されている。ユニットは、一般測定ユニットの内部構造があり、即ち一つの三軸加速度センサー（２４）、一つの三軸角加速度センサー（２５）、一つの調整三軸磁力計（２８）から成り、しかしより強力なメインプロセッサー（２３）が設けられる。メインプロセッサー（２３）に、好ましくは、追加に独立の電源（例えば、スーパーカパシティにより）も持つリアルタイムクロック回路（３２）に接続され、この役目はオフライン動作中にも録画の日と時が正確に付けられることである。測定開始時の方位付けと微調整を支援するための調整三軸磁力計があるが、測定中は不要になっている。好ましくは、制御ユニット（１）は、外部データ伝送、または測定ユニットに通信するためのＲＦユニット（２９）、およびＵＳＢユニット（３３）を備えている。ＲＦユニットの最も実用的な実装はＷＩＦＩユニットであるが、当然のことながら他の無線電磁周波数による通信も当業者に適している。
ＲＦユニット（２９）が測定ユニットと通信している場合は、測定ユニットにも適切な送信機、または送信機モジュールが必要である。データ記憶装置（３０）は、記録を記憶するのに役立ち、装置をアイランドモードで使用することを可能にする。好ましくは、記憶媒体は（３０）はリムーバブルなＳＤメモリカードである。測定ユニット２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８への接続は、インターフェース（３１）（単純な場合には直接的、ケーブル接続）によって行われる。他のデータ伝送の目的のために、同じくメインプロセッサー（２３）に接続された外部データバスコネクター（３７）を使用することもできる。
図６は、手の甲測定ユニット（８、１２）の構造を示す。一般的な測定ユニットと比べ本質的な違いは、手の甲測定ユニット（８、１２）は少なくとも三つの、しかし良好検出のため、むしろ7つの圧力センサー（４４）を含む圧力センサーグローブ（２１，２２）に接続され、そしてこの信号をアナログ/デジタルコンバーターが受信して内臓プロセッサー（４０）に送信することである。
図７は、足の甲測定ユニット（１５、１８）の構造を示す。ここで、基本的な設計は、一般的な測定ユニットのモデルに従うが、運動をより正確に検出するために二重慣性センサーセットが使用され、そして好ましくは、２つー３つの三軸加速度センサー（２４）、三軸角加速度センサー（２５）（及び一つの調整三軸磁力計（２８）で、しかし、通常は前述の外部委託、材料獲得制限の原因がある）を内部データバス（２７）が内蔵プロセッサー（４０）と接続する。足の甲測定ユニット（１５，１８）に、足の裏ユニット（１９，２０）が接続され、この中で搭載された圧力センサー（４４）の信号もまた、その数に相当する数のアナログ/デジタルコンバーター（３８）によって受信される。
この装置の有用な特徴は、図８に示す左の圧力センサーグローブ（２１）である。親指、差し指、中指、掌の内側に圧力センサー（４４）を取り付けることを提案する。ＦＳＲ４０８型のセンサーがこれに適すると判断する。圧力センサー（４４）で、把握の強度を非常に正確に推定し、把握の持続時間を正確に測定することがでる。７面の掌圧力測定は、人間工学的システムによって設定されたすべての基準に準拠している。
図９は、合計１４つの圧力センサー（４４）を含むより高い分解能を有する圧力センサーグローブの内部を示す。ここで小指を除き、圧力センサー（４４）は、ほぼすべての指節骨に固定され、掌も３つの大面積センサー（４４）が装備されて、よって、人間工学に基づいた把握のプリアルな感触と高精度な検出が同時に保証されている。また、例えば、同じ指、または掌に固定された測定器は、個々に接続されておらず、各アナログ/デジタルコンバーターに並列に接続されていることも実用的である。
図１０では、左足の裏ユニット（１９）が底面図で示されている。足の裏ユニット（１９）は、好ましくは、靴、又は場合によっては靴のソールに挿入可能なインソールである。足の裏ユニット（１９）には、少なくとも足指の下、および踵の下に、進んだステップ認識のために、圧力センサー（４４）が装備さなければならないが、第３目のセンサーを中足骨の下に装備することが更に好ましい。 この位置にFlexiForce A301コインサイズのセンサーも適切であり、スタンドアローンので、靴の外にいる場合は着用者に不便を与えない。
図１１に示すAXS-TA1.0型の足の裏ユニット（１９）は、軟質で圧力センサー（４４）が布地に一体化されているので、靴の中敷として装備することもできる。インソールは快適で人間工学に基づいた着用を提供する。このような中敷きは、フィルム、またはガイドのねじ設計で作成することができる。前者の場合は、最初に感圧導電シート、次いで、発泡体（好ましくはネオプレン）層をフレキシブル回路基板に付着し、後者の場合には、二つの外側フォーム層の間に感圧導電シートと配置され、そして発泡体層と感圧導電シートの間に導電糸（ファブリック）レイヤーが配置される。
図１２は、動作中のケーブルホルダー（３９）を示す。測定ユニット間の接続は、上述のようにケーブルと無線とすることもできる。サイズの広い範囲で使用するために設けられ、前者の場合には、小規模モデルの場合に身体には自由に動くケーブルのかなりの量は、安全面ではあまり有益でない。この問題を解決するには、特殊な対面するオープンループ形を提案する。ケーブルホルダー（３９）の両端にクランプ溝（４２）があり、ここに図１２のように半メートルまでの所望の長さのケーブルを固定することができ、またこの中央の穴を通って中央間ケーブルブランチも通過される。ケーブルホルダー（３９）は、好ましくは、２つの半体からなる。自由なケーブルブランチを引っ張ると、ケーブルホルダー（３９）によって絡まっているオープンループの大きさが減少し、スイングケーブルの長さが増大し、またはループが引っ張られて反対の効果を達成することができる。
図１３は、ケーブルホルダー（３９）の側面図である。クランプ溝（４２）には、ケーブルを手で動かすことができる。ケーブル穴（４３）は、下半分と上半分を分解することによりアクセス可能となる。
ケーブルホルダーとして使用できる他のソリューションは、例えば、予め張力を受けたケーブルリールである。
図１４、および図１５に正面、及び背面で着用した状態で示されるストラップジャケットの役割は、背中にある第２の脊椎測定ユニット（２）、及び第３の脊椎測定ユニット（３）を体にスムーズに合う位置に（特に脊柱の近くに）維持することである。ストラップジャケットは、胸のラインを取り囲み、調節可能な帯状のストラップ（３４）とこれに接続する、背中にスムーズに合う対角線の十字ストラップからなる。対角線の十字ストラップの２本の下桟が脇下で帯状のストラップ（３４）に接続され、２本の上桟（３５）が肩に掛けて胸の上を下方に渡って、帯状の前部、または脇部の下に取り付けられている。測定ユニットは十字ストラップ（３６）の下桟と上桟（３５）の交差点、帯状のストラップ（３４）の後部に固定されている。以前のソリューションとは異なり、脊椎に連結する測定ユニット（１，２，３）の 数を３つに増加し、およびストラップジャケットの安定化する効果によって尾骨とＴＨ１２、及びＴＨ１１とＴＨ４の間の回転も正確に検出できる。
特に重要な革新として、特殊なストラップジャケットの結果に測定ユニット（１，２，３）のいずれは脊椎上に直接配置されていて、胸部に一つも配置しないので、結果として３つの測定ユニットの一つを胸部に配置する技術によりも評価データはかなり正確である。
運動をデジタル化し評価する装置の処理ソフトウェアは、ハードウェア制御ユニットによってまとめた、事前に準備したデータに基づいて、リアルタイムで記録することができる、予め設定された基準値から逸脱する差の程度に応じて色コードで警告することができる簡易仮想骨格系を３Ｄ空間内に動かし、又はオフラインモードでは、録画後すぐに運動を再生し、設定基準に従って分析する。処理ソフトウェアは、好ましくは、適切なハイパフォーマンスのハードウェアユニット（例えば、ＰＣ、タブレットなど）上で実行して、データの入力がケーブル接続、または無線接続、および制御ユニットを取り出した実行するために使用されるハードウェアに挿入することによって行われる。
運動のデジタル録画が行われる前に、被験者につけたセンサーネットが較正しなければならない。モーション・キャプチャー、および分析ソフトウェアの数学的モデルは、垂直方向（直立不動の姿勢）を基に、次いでQi=Conjugate（QBI）* Qci式によって軸の変更をトラッキングする。制御ユニットのメインプロセッサーは、慣性測定ユニットのデータから四元数を計算する。適用されたモデルは、個々の骨の角度変位の差によって、ベースライン（基準姿勢）に対する相対変位（デルタ）を計算する。
前方向は直立不動の姿勢（基準姿勢）に記録される。股関節の基準姿勢での中心は、運動デジタル化、および分析システムの座標系の原点として定義される。開始方向と長さ（ベクトル）の合計は、ローカル座標系における「モデル」を形成する。制御ユニットの特殊な磁力計を使用する場合、モデルの北の方向を基本向きに設定できる。
補正記録は、着付け（dressing）に起因する誤差を除去し、または測定誤差を事後に補正することに適している。四肢と脊椎は垂直に、肩と靴底が水平にある。重力ベクトルに基づいて、水平、および垂直に対する傾きが測定可能であり、配置誤差を補正することができる。
補正運動により、較正者はセンサーを調整する。較正の結果、運動デジタル化、および分析ソフトウェアは、磁気方位データなしでも、操作上の正確な結果を提供する。
補正は２つの方法で行うことができる。第１の方法は、適用されたベクトル系に基づく重力法(gravitational methodology)である。身体は、各ベクトルの終点が次のベクトルの始点になる連続ベクター系として記述されていて、回転の適用する時に終点の扱いは遺伝性(hereditary)によって行われる。補正に当たって、ベクトル系の要素は重力方向に対して垂直に回転されてある。後者の場合には、追加、又は事後の是正の動きによって強調され、着付けによる角度誤差を「逆回転」して補正するごとができる。
２つの補正方法は相互に排除され、両方とも行うことができるが、ただし、同時に１つだけを各骨に合わせて使用することができる。
２つの補正方法は相互に排除され、両方とも行うことができるが、ただし、同時に１つだけを各骨に合わせて使用することができる。
基準位置：QiB;
変更された基準位置：Qicb
数学的な解釈：
適用された四元数に基づく数学的モデルは以上に説明した従来の方法と異なって、使用されるプロセッサーチップが内部データ融合の後に四元数提供することになっている。データのプレフィルタリング、および融合は、チップ自体によって行われる。
Mi = Mprev * convertToMatrix（Conjugate（Qprev））
Qi = Conjugate(Qib）* Qic
任意の補正 Qi = Qi * Qicb
任意の回転軸の置換 Qi.X < - > Qi.Z
任意の回転軸の置換 Qi.Y< - > Qi.Z
任意の回転軸の置換 Qi.X < - > Qi.Y
X軸への任意の回転方向の交代 Qi.X = Qi.X* -1
Y軸への任意の回転方向の交代 Qi.Y = Qi.Y* -1
Z軸への任意の回転方向交代 Qi.Z = Qi.Z* -1
Mi = Mi * convertToMatrix（Qi）
Qib = i骨（直立不動姿勢）にかける四元数の基準（フレーム）
Qicb = i骨にかける四元数の補償基準
Qic = i骨にかける当座（フレーム）の四元数。
M i = 4×4 iにかける変換マトリクス。
Mprev = 運動学的チェーンの順序で前の骨で計算されたMi
Qprev = 運動学的チェーンの順序で前の骨で計算されたQi
変更された基準位置：Qicb
数学的な解釈：
適用された四元数に基づく数学的モデルは以上に説明した従来の方法と異なって、使用されるプロセッサーチップが内部データ融合の後に四元数提供することになっている。データのプレフィルタリング、および融合は、チップ自体によって行われる。
Mi = Mprev * convertToMatrix（Conjugate（Qprev））
Qi = Conjugate(Qib）* Qic
任意の補正 Qi = Qi * Qicb
任意の回転軸の置換 Qi.X < - > Qi.Z
任意の回転軸の置換 Qi.Y< - > Qi.Z
任意の回転軸の置換 Qi.X < - > Qi.Y
X軸への任意の回転方向の交代 Qi.X = Qi.X* -1
Y軸への任意の回転方向の交代 Qi.Y = Qi.Y* -1
Z軸への任意の回転方向交代 Qi.Z = Qi.Z* -1
Mi = Mi * convertToMatrix（Qi）
Qib = i骨（直立不動姿勢）にかける四元数の基準（フレーム）
Qicb = i骨にかける四元数の補償基準
Qic = i骨にかける当座（フレーム）の四元数。
M i = 4×4 iにかける変換マトリクス。
Mprev = 運動学的チェーンの順序で前の骨で計算されたMi
Qprev = 運動学的チェーンの順序で前の骨で計算されたQi
骨の順序は運動学的順序で計算される。最初の骨は股関節であり、他のすべての骨がこれと比較して計算される。運動学的チェーンの最初の要素の場合Mprev単位マトリクス、Qprev ［１，０，０，０］である。
提案された運動をデジタル化し評価する装置を使用すると、任意の生体、または移動体の動きをデジタル化することができる。地理的位置にかかわらず、外部装置なしで自律的に録画することができるため、水中、地下、地上、空中のどこにでも適用でき、同時の被験者数も制限されない。これは、電磁妨害（電磁気、強磁性）状態でも使用でき、または自律モードで使用することができ、無線妨害を生じることなく、すなわち近くの無線周波数デバイスに干渉することもない。
１ 制御ユニット
２ 第２の脊椎測定ユニット
３ 第３の脊椎測定ユニット
４ 頭測定ユニット
５ 左肩測定ユニット
６ 左二の腕測ユニット
７ 左前腕測定ユニット
８ 左手の甲測定ユニット
９ 右肩測定ユニット
１０ 右二の腕測定ユニット
１１ 右前腕測定ユニット
１２ 右手の甲測定ユニット
１３ 左大腿測定ユニット
１４ 左脛測定ユニット
１５ 左足の甲測定ユニット
１６ 右大腿測ユニット
１７ 右脛測定ユニット
１８ 右足の甲測定ユニット
１９ 左足の裏測定ユニット
２０ 右足の裏測定ユニット
２１ 左圧力センサーグローブ
２２ 右圧力センサーグローブ
２３ メインプロセッサー
２４ 三軸加速度センサー
２５ 三軸角加速度センサー
２６ 二次三軸磁力計
２７ 内部データバス
２８ 調整三軸磁力計
２９ ＲＦユニット
３０ データ記憶装置
３１ インターフェース
３２ リアルタイムクロック回路
３３ ＵＳＢ
３４ 帯状のストラップ
３５ 上桟
３６ 下桟
３７ 外部バスコネクター
３８ アナログ/デジタルコンバーター
３９ ケーブルホルダー
４０ 内蔵プロセッサー
４１ ケーブル
４２ クランプ溝
４３ ケーブル穴
４４ 圧力センサー
２ 第２の脊椎測定ユニット
３ 第３の脊椎測定ユニット
４ 頭測定ユニット
５ 左肩測定ユニット
６ 左二の腕測ユニット
７ 左前腕測定ユニット
８ 左手の甲測定ユニット
９ 右肩測定ユニット
１０ 右二の腕測定ユニット
１１ 右前腕測定ユニット
１２ 右手の甲測定ユニット
１３ 左大腿測定ユニット
１４ 左脛測定ユニット
１５ 左足の甲測定ユニット
１６ 右大腿測ユニット
１７ 右脛測定ユニット
１８ 右足の甲測定ユニット
１９ 左足の裏測定ユニット
２０ 右足の裏測定ユニット
２１ 左圧力センサーグローブ
２２ 右圧力センサーグローブ
２３ メインプロセッサー
２４ 三軸加速度センサー
２５ 三軸角加速度センサー
２６ 二次三軸磁力計
２７ 内部データバス
２８ 調整三軸磁力計
２９ ＲＦユニット
３０ データ記憶装置
３１ インターフェース
３２ リアルタイムクロック回路
３３ ＵＳＢ
３４ 帯状のストラップ
３５ 上桟
３６ 下桟
３７ 外部バスコネクター
３８ アナログ/デジタルコンバーター
３９ ケーブルホルダー
４０ 内蔵プロセッサー
４１ ケーブル
４２ クランプ溝
４３ ケーブル穴
４４ 圧力センサー
Claims (9)
- 被験のヒト、生き物、オブジェクトの個別の可動部分、部品に固定された慣性測定ユニット（２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）、制御ユニット（１）、データ記憶装置（３０）とこれらを接続するケーブル、又は無線のコネクションから構成される運動をデジタル化し評価する装置であって、
ヒトの運動をモデル化する場合、太股、下肢、足の甲、肩、二の腕、前腕、手の甲、頭、腰と胴体に配置される測定ユニットに加え、少なくとも一つの測定ユニットは、背中の脊椎の近い位置に固定され、
足の裏測定ユニット（１９、２０）は、足の甲測定ユニット（１５、１８）に接続され、
圧力センサーグローブ（２１，２２）が、手の甲測定ユニット（８，１２）に接続され、
腰測定ユニットと脊椎測定ユニット（２、３）が、ユーザーの背中に固定されていて、
各足の裏測定ユニット（１９、２０）は、少なくとも２つの圧力センサー（４４）から構成され、圧力センサー（４４）の一つが踵に配置され、別の圧力センサーが足指の下に配置され、
圧力センサーグローブ（２１，２２）は、少なくとも３つの圧力センサー（４４）から構成され、これらが掌と指骨の内側に配置され、
足の甲測定ユニット（１５、１８）と手の甲測定ユニット（８、１２）を除いた全ての測定ユニットは、一般的な測定ユニット（２、３、４、５、６、７、９、１０、１１、１３、１４、１６、１７）であり、
一般的な測定ユニット（２、３、４、５、６、７、９、１０、１１、１３、１４、１６、１７）は、少なくとも一つの三軸加速度センサー（２４）、少なくとも一つの三軸角加速度センサー（２５）、一つの調整三軸磁力計（２８）、及びこれらと制御ユニット（１）とを接続するインターフェース（３１）を含み、
足の甲測定ユニット（１５、１８）は、二つの三軸加速度センサー（２４）、二つの三軸角加速度センサー（２５）、一つの調整三軸磁力計（２８）、及びこれらと制御ユニット（１）とを接続するインターフェース（３１）を含み、
足の甲測定ユニット（１５、１８）に接続される圧力センサーの数に相当する数のアナログ/デジタルコンバーター（３８）が、それぞれの圧力センサー（４４）に接続され、
手の甲測定ユニット（８、１２）は、一つの三軸加速度センサー（２４）、一つの三軸角加速度センサー（２５）、一つの調整三軸磁力計（２８）、それぞれの手の甲測定ユニット（８、１２）に接続される圧力センサーグローブの数に相当する数のアナログ/デジタルコンバーター（３８）、及び制御ユニット（１）と接続するインターフェース（３１）を含み、またアナログ/デジタルコンバーター（３８）がそれぞれの圧力センサー（４４）に接続され、
制御ユニット（１）は、メインプロセッサー（２３）、独立した電源を有するリアルタイムクロック回路、データ記憶装置（３０）、ＵＳＢコネクター（３３）、及び測定ユニット（２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）とのインターフェース（３１）、制御ユニット（１）のサブユニットと接続する内部データバス（２７）を含み、
足の裏測定ユニット（１９、２０）における踵側に配置される圧力センサー（４４）と足指の下に配置される圧力センサー（４４）により、足の裏の先の三分の一と三分の二の部分との角度差を検出し、
腰測定ユニットと脊椎測定ユニット（２、３）は、ユーザーの脊椎上に配置され、いずれの慣性測定ユニットも、ユーザーの胸部に配されない
ことを特徴とする、運動をデジタル化し評価する装置。 - インターフェース（３１）の設計がケーブルによる接続の場合に、測定ユニット（２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）と制御ユニット（１）との接続ケーブルが、調節可能なケーブルホルダー（３９）を通り、
調節可能なケーブルホルダー（３９）が、数ヶ所で密接にケーブルを保持し、
ケーブルが、二つの対面するループを形成するように、調節可能なケーブルホルダーに通過され、調節可能なケーブルホルダー（３９）の２本の遊脚を引くことによって、ループの大きさが低減されることを特徴とする、
請求項１に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - インターフェース（３１）の設計がケーブルによる接続の場合に、ケーブルは予め張力を受けたリールに巻かれていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - 制御ユニット（１）と全ての測定ユニット（２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）とのそれぞれのインターフェース（３１）がＲＦユニット（２９）であることを特徴とする、
請求項１に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - 制御ユニット（１）が、少なくとも１つの外部バスインターフェース（３７）を含むことを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - 足の裏測定ユニット（１９，２０）が、それぞれ中足骨の下に装備される第三の圧力センサー（４４）を有することを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - 制御ユニット（１）が、腰測定ユニットに機械的に一体化し、
制御ユニット（１）は、腰ベルトによって、或いは身体着用衣服への統合によって、脊椎の上に、腰の近くに取り付けられることを特徴とする、
請求項１から６のいずれか一項に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - 第２の脊椎測定ユニット（２）と第３の脊椎測定ユニット（３）が、ストラップジャケットに接続され、
前記ストラップジャケットは、胸下の水平の帯状のストラップ（３４）と、背中にスムーズに合う対角線の十字ストラップからなり、対角線の十字ストラップの２本の下桟（３６）が脇下で帯状のストラップ（３４）に接続され、２本の上桟（３５）が肩に掛けて胸の上を下方に渡り、帯状のストラップ（３４）の前部、もしくは脇部の下に取り付けられ、
第２の脊椎測定ユニット（２）が、十字ストラップの下桟（３６）と上桟（３５）の交差点に固定され、
第３の脊椎測定ユニット（３）が、帯状のストラップ（３４）の後部に固定されることを特徴とする、
請求項１から７のいずれか一項に記載の運動をデジタル化し評価する装置。 - 測定ユニット（２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８）の少なくとも一部に、独自の内蔵プロセッサー（４０）が設けられ、
内蔵プロセッサーが、その測定ユニットの加速度センサーと角加速度センサー（２４，２５）、磁力計（２６，２８）とアナログ/デジタルコンバーターに直接、もしくは内部データバス（２７）で接続することを特徴とする、
請求項１から８のいずれか一項に記載の運動をデジタル化し評価する装置。
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