УПРАВЛЕНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ

Разработка и валидация данных инерциальных носимых сенсоров для регистрации походки человека

С. В. Сиволобов

Волгоградский государственный университет, Волгоград, Россия

Аннотация: Рассматривается проблема реализации захвата движения с использованием носимых сенсоров для задач математического моделирования походки человека на основе плоской пятизвенной модели. Для реализации инерциальных сенсоров использован популярный акселерометрический и гироскопический датчик MPU-6050, содержащий цифровой сигнальный процессор DMP для обработки и фильтрации результатов измерений. Передача данных на персональный компьютер с модулей, закрепленных на теле человека, осуществляется посредством беспроводных каналов связи, реализованных на модулях nRF24L01 с низким энергопотреблением. Для валидации данных, получаемых с сенсоров, и оценки их точности использована система на основе оптических маркеров, считающихся «золотым стандартом» для захвата движения. На точность измерений с помощью инерциальных носимых сенсоров в значительной степени влияет выбор алгоритма фильтрации данных, получаемых непосредственно с акселерометра и гироскопа. В процессе валидации протестировано три метода обработки: комплементарный фильтр, фильтр Калмана, фильтр на основе DMP. Наиболее высокая точность при измерении положения сенсоров в процессе ходьбы получена при использовании фильтрации с помощью DMP. При расположении инерциального сенсора на бедре среднее отклонение от координат, полученных с помощью оптических маркеров, составило 2,39$^{\circ}$, а для сенсора на голени – 2,42$^{\circ}$. Средний по точности результат получен при использовании комплементарного фильтра, а наименее точный (с ошибкой в 5,1 и 7,3$^{\circ}$) – с фильтром Калмана. Реализованная система из 5 инерциальных носимых сенсоров позволяет получить данные для моделирования походки человека с помощью плоской пятизвенной модели.

Ключевые слова: носимый сенсор, захват движения, инерциальный сенсор, походка, акселерометрический датчик, гироскопический датчик, фильтрация данных, валидация данных, движения человека.

УДК: 004.358

Поступила в редакцию: 26.12.2024
Принята в печать: 27.03.2025

DOI: 10.24143/2072-9502-2025-2-27-37