概要


引き続き,アメリカンフットボールのキック動作の解析例を示す.特に理論的な目新しさはないが,これまでの解析の復習と捉え,貴重なデータを用いて実際に動かし,自由にコードを書き換えることで学んでいただければと思う.数理を自分でコード化し,動かして確認することで,数理の理解がより強固になるはずである.

目次

  • はじめに
    • この章の課題
    • 確認した動作環境とコードについて
  • アメリカンフットボールのキック動作の力学解析
    • キック動作における関節に作用するトルクによるエネルギー流入
    • 「関節に作用する力(内力)」によるエネルギー伝達
    • 「関節に作用するトルク」によるエネルギー供給・吸収: 遠位側への流れ
    • 「関節に作用するトルク」によるエネルギー供給・吸収: 近位側への流れ
    • 右脚に注目すると
  • おわりに

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動かして学ぶバイオメカニクス #25 〜キック動作の全身解析 2〜



概要


前章では加速度とは速度変化を示すグラフ上ではその速度曲線の接線の傾きであることと,それを計測する加速度センサはどちらかというと力センサとしての信号を出力するということを述べた.本章では,微分や加速度の数学的意味について復習をした上で,座標系と加速度の関係について述べる.

IMUを含むモーションセンサはウェアラブルセンサとも呼ばれ,計測は簡単だが,一方で運動学的な理解が不足すると解析で苦労する.単に加速度の大きさを知りたいという場合は簡単だが,剛体の加速度を対象とすると複雑となる.ここで,しっかりと加速度の運動学的な理解を深めていただきたい.


目次


  • 加速度の基礎
    • そもそも加速度とは? 〜数学的な視点からの復習〜
  • 剛体の加速度
    • ただセンサを貼り付けるだけではだめなの?
    • 加速度座標系における速度(まずは速度を考える)
    • 加速度座標系における加速度(もう1回微分をする)
    • 絶対座標系の取り方による違い
    • 剛体上の任意の位置の加速度の推定
  • おわりに

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IMUによるモーションセンシング #3 〜加速度信号と座標系〜



概要


IMUを構成する加速度センサとジャイロセンサ.このうち加速度センサはバイオメカニクスではそれ以上の意味を持つ.ここでは,身体運動の計測を意識し,その特性について述べていく.

ここで,もっとも注意すべきは,加速度センサは加速度を計測するセンサとして捉えがちだが,その本質は加速度に作用する力を計測するセンサであるということだ.加速度線センサは実は加速度を計測するセンサではないと述べるとギョッとするだろうが,さほど間違いではない.理解せずに加速度センサを利用すると,かなり痛い目にあうので注意されたい.


目次


  • そもそも加速度とは?
    • 加速度とは速度変化の傾き
    • 単位
  • 加速度センサは力センサである
    • 計測原理
    • MEMSセンサの計測原理
    • そもそも加速度センサはセンサに作用する力を計測する
  • 加速度信号の符号の問題点
    • センサは運動の加速度と反対向きの加速度を出力する(符号が反転する)

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IMUによるモーションセンシング #2 〜加速度センサは力センサである〜



概要


身体運動の力学解析の全自動化を実現できないことはない.しかしフィルタリングの重み係数などの設定次第で解は大きく異り,パラメータ等の確認作業を省いてしまっては,安心した計算結果を得ることはできないだろう.ここでは,これまでのようにきれいに計算された結果だけを示すのではなく,その結果を出す試行錯誤の過程も含めて示していく.未知なるデータの完全な自動化は難しいが,工夫すればこれらの作業の省力化は可能なはずだ.

目次

  • はじめに
    • 確認した動作環境とコードについて
  • データの確認
    • 1.トリミング
    • 2.フィルタリングのパラメータ
    • 3.足部が接地しているフレームの確認
    • 4.全身の角運動量の計算方法の確認
  • スティックピクチャ
    • ZMPの推定
  • 次回について
  • 補足
    • 補足1:フィルタリングの課題
    • 補足2:フィルタリングのパラメータの選択

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動かして学ぶバイオメカニクス #24 〜キック動作の全身解析 1〜



IMU(慣性センサ)は,一般的には加速度センサと角速度を計測するジャイロセンサの組み合わせで,さらに地磁気センサを含む場合がある.これらのセンサによって運動を計測し,身体運動などを計測する場合などにモーションセンサなどと呼ばれることがある.ここでは,その使い方,数理,特性などについて述べていく.


記事一覧


  1. IMUによるモーションセンシング #1 〜慣性センサの基本〜
  2. IMUによるモーションセンシング #2 〜加速度センサは力センサである〜
  3. IMUによるモーションセンシング #3 〜加速度信号と座標系〜
  4. IMUによるモーションセンシング #4 〜加速度信号のキャリブレーション〜
  5. IMUによるモーションセンシング #5 〜ジャイロセンサの基礎〜
  6. IMUによるモーションセンシング #6 〜バイアス誤差のキャリブレーションモデル〜