運動計測の基礎 | センサーデバイスを用いた計測事始め。

  • フォースプレート

    フォースプレートは床反力と呼ばれる身体とフォースプレート間の相互作用によって発生する力を計測する装置です．通常，4つの3軸力覚センサを配置し，その上のプレート（通常金属製）で運動することによって発生...

  • DSPワイヤレス9軸モーションセンサ

    モーションセンサは一般的には，慣性センサ（3軸加速度センサと3軸ジャイロセンサ）と3軸地磁気センサを組み合わせた9軸センサと呼ばれるものが一般的です．これらのセンサはMEMS（Micro Electro Mechanical Sys...

バイオメカニクスにおけるモーションセンサーの利用

  • クォータニオン（quaternion）は四元数（しげんすう）と呼ばれ，２次元平面の回転を表現する「複素数の拡張」として，３次元の回転を表現することができます．なお，ただのクォータニオンはそれだけでは回転を表...

  • クォータニオンの幾何学的意味を理解するためには，「クォータニオン1：複素数とオイラーの公式」「クォータニオン2：オイラーの公式からロドリゲスの式へ」「クォータニオン3：ロドリゲスの式からクォータニオン...

  • 直線と平面のなす角度の計算方法 ここでは，具体的にモーションセンサから算出された姿勢角度としてのクォータニオンから，腕などの軸方向の角度を計算する方法を考えていきます． クォータニオンによる回転行列...

  • モーションセンサはクォータニオンを初め，オイラー角などの3次元の姿勢角度を出力します．しかし，モーションセンサからクォータニオンが出力されても，実際の角度計測にどのように利用したら良いかわからない方...

  • 座標変換 モーションセンサ（以後，MSと呼ぶ）が計測する加速度信号，角速度信号は，MSに固定されたローカル座標系の信号です．例えば，センサを水平に置くと（Z軸を鉛直方向にすると），センサのZ方向にだけ1Gの...

  • オイラーパラメータ（単位クォータニオン）は3次元の姿勢や回転を表現する上で，優れた記述方法です． ここでは，その数学的なアイデアのもととなった，2次元平面の回転を表す複素数とオイラーの公式について，述...

  • 3次元の物体の回転は「ロドリゲスの式」に示したように，ひとつの回転軸 n と回転角度θで表すことができます． これは，２次元平面の回転を表すオイラーの公式（クォータニオン1：複素数とオイラーの公式）におい...

  • 3次元空間の回転を表すロドリゲスの式が，複素数平面で2次元の回転を表現するオイラーの公式の幾何学的な拡張になっていることを「クォータニオン2：オイラーの公式からロドリゲスの式へ」で示しました． ここで...

  • モーションセンサ（以後，MS）は３次元の姿勢推定を行い，オフラインでは単位クォータニオンをCSVファイルに出力し，オイラー角にも変換できます．オンラインで図１のようなアプリで３D表示したり，クォータニオ...

  • 加速度波形例

    モーションセンサを構成する加速度センサについて解説します．自由に運動している物体に加速度センサを装着して運動を計測した例が，上の図の加速度です．同じ加速度信号でも，この信号をどの座標系から観察した...

フォースプレートによる力計測

  • フォースプレートで計測できること フォースプレートが計測しているものは，直接的には（多くの場合4カ所に配置された）力覚センサが計測する，3方向の力です．その力の総和を床反力（地面反力）と呼びます． こ...

  • トランポリン競技では，身体をトランポリンのバネ特性にあわせるような力発揮を行い，「あたかも」同程度の硬さのバネとして振る舞うことでより高く跳躍することができます． 一方，陸上競技の短距離走や跳躍競技...

  • RJ指数は図子らの研究[1]で提案された指数で， 『ドロップジャンプでは，踏切中の平均力や平均パワーが同じであっても，技術と体力の両面を反映した跳躍高は異なる場合がある．また一方では，跳躍高が同じであっ...

  • フォースプレートは，通常，3個または4個の力覚センサによって，まず力を直接測します．この複数の力覚センサで計測される力の総和が床反力（地面反力）です．このとき各センサの位置が既知なので，COP（圧力中心...

  • フォースプレートで床反力を計測すると，その大きな鉛直方向の力成分に注目してしまいます．実際，ランニングの運動の床反力を計測すると，大きな鉛直方向が計測され，走速度が大きいほど鉛直方向の速度も大きく...

  • 運動のパフォーマンスを知る上で，角度，位置，速度，加速度などの運動を知ることは重要です． さらに，それらの原因を作っている力について理解することも，重要です． たとえば，投球速度やスイング速度が最大...

モーションキャプチャによるスポーツ計測

  • そもそもモーションキャプチャとは？ 光学式モーションキャプチャは，スポーツなどのヒトの身体運動を含めて一般に反射マーカやLEDマーカの3次元位置を計測・トラッキング（各マーカの３次元位置を計測するだけで...

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