A Quaternion-Based Method To Imu-To-Body Alignment For Gait Analysis

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

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Abstract

El análisis de la marcha humana basado en unidades de medida inerciales (IMU) sigue considerándose una tarea difícil. Esto se debe a que la captura precisa de los movimientos del cuerpo humano depende de un proceso inicial de calibración y alineación sensor-a-cuerpo. En este trabajo se presenta un nuevo método de alineación sensor-a-cuerpo basado en secuencias de cuaterniones, que permite estimar con precisión los ángulos articulares de la cadera, rodilla y tobillo de las extremidades inferiores. El método propuesto implica dos etapas principales, una calibración de los sensores y un proceso de alineación para los segmentos del cuerpo, respectivamente. Para ello, se desarrollan dos secuencias diferentes de rotación basadas en los factores ángulo-eje de Euler. La primera secuencia rotacional se utiliza para calibrar el marco del sensor bajo un nuevo marco general del cuerpo, estimando la orientación inicial en base a la información de su cuadrante. A continuación, se aplica un proceso de corrección mediante la factorización de los cuaterniones capturados. Una vez definido el armazón general del cuerpo, se implementa una segunda secuencia rotacional, que alinea cada armazón del sensor con los armazones del cuerpo, permitiendo definir los armazones anatómicos para obtener mediciones clínicas de los ángulos de las articulaciones. El método propuesto fue validado dos veces utilizando ambas estrategias, un sistema de medición basado en goniómetro y un sistema de movimiento basado en cámaras, respectivamente. Los resultados obtenidos demuestran que los ángulos de articulación estimados son iguales a los valores esperados y consistentes con los valores obtenidos por las estrategias ampliamente utilizadas en escenarios clínicos reales, los goniómetros y el sistema de movimiento óptico. Por lo tanto, el método propuesto podría utilizarse en aplicaciones clínicas y análisis de movimiento de personas con discapacidad.
Original languageEnglish (US)
JournalLecture Notes in Computer Science
Volume10917
Issue number2018
DOIs
StatePublished - 30 Jun 2018

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