X-sens MVN 2013. 11. 02 김인철 KYUNG HEE UNIVERSITY BioMechanics Lab.

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1 X-sens MVN 김인철 KYUNG HEE UNIVERSITY BioMechanics Lab.

2 Contents 1. X-sens MVN 장비 학습 2. X-sens 를 활용한 실험

3 Xsens MVN 1.1 Introduce - Xsens MVN은 소형관성측정유닛(IMU)를 포함하는
모션 캡쳐 시스템으로, 카메라 없이 인체의 움직임을 측정하는 장치 - 소형 관성 측정유닛은 3D선형가속도계, 3D자이로스코프, 3D지자기센서를 포함하고 있으며, 각 신체(수트) 상의 적절한 위치에 배치되어 신체 각 부위의 움직임을 측정 - 카메라를 사용하지 않기 때문에 공간의 제약이 적으며, 마커의 혼동이나 사라짐 현상을 야기하지 않아 별도의 데이터 에디팅 시간을 단축할 수 있다는 장점을 가짐

4 Xsens MVN 1.2 Component - Suitcase - 17개의 MTx (관성측정유닛)
- 2개의 XbusMaster (무선송신기) - AA배터리, 배터리충전기 (무선송신기용) - WR-A (무선수신기) - 관련 케이블과 플러그 - 스트랩 - 관련 소프트웨어 (MVN Studio)

5 Xsens MVN - 17개의 MTx MTx는 소형관성측정유닛으로 3D선형가속도계와 3D자이로스코프, 3D지자기센서가 포함되어 있음 17개의 센서가 신체의 정해진 위치에 배치되어 각 신체부위의 움직임을 측정함

6 Xsens MVN - 2개의 XbusMaster & WR-A MVN은 Bluetooth를 이용한 무선데이터 송수신 가능 (유선도 가능) 2개의 XbusMaster(무선송신기)와 2개의 무선송신기가 짝을 이루어 데이터 송수신 XbusMaster는 개당 4개의 AA배터리 필요 XbusMaster는 신체에 부착되어 모션데이터 송신, WR-A는 PC에 USB로 연결되어 데이터 수신

7 Xsens MVN - 스트랩 & 관련 케이블 MVN 설치 스트랩은 강한 신축성의 스트랩으로 제작되어 있으며, Velcro 소재로 고정되어 잠기게 되고, MTx가 들어갈 수 있는 단단한 플라스틱 안감이 들어있어 움직임의 오차를 최소화 케이블은 각 신체에 부착된 MTx를 연결해주는 역할을 하며, 색상으로 구분되어 설치하게 되어있음

8 Xsens MVN 1.3 Software - Xsens MVN은 MVN Studio라는 별도의 소프트웨어가 제공됨. MVN Studio는 실시간 뷰와 녹화가 가능한 easy-to-use 소프트웨어로서, off-line 플레이백과 이미 녹화된 세션에 대한 편집기능 제공

9 Xsens MVN 4 2 1 3 3D view 2. Navigator 3. Data Analysis 4. Playback
- 실시간 인체동작 모니터링 2. Navigator - 각 신체 분절 정보제공 3. Data Analysis - 각 신체 분절의 정보를 그래프 형태 가시화 4. Playback - 녹화된 영상 플레이백 가능 2 1 3

10 Xsens MVN 1.4 Data Export mvnx C3D
- Xsens MVN은 MVNX, C3D 등의 포맷으로 export될 수 있음 mvnx C3D

11 Xsens MVN - mvnx Excel 형식의 파일이며, 인체 Segment의 Position이나,
Velocity, Acceleration, Joint Angle과 같은 운동학적(Kinematic) 정보들을 출력할 수 있음

12 Xsens MVN - C3D Excel 파일 형태 이외에 C3D파일 형태로 export하여 Cortex와 같은 다른 모션캡쳐
소프트웨어에 load하여 Data editing을 할 수 있음

13 Xsens MVN 1.5 Application - 3D character Animation - Game Development
- Training and Simulation - Biomechanical

14 Xsens MVN 2.1 실험 주제 - MVN과 광학측정장비를 이용하여 상지 관절 각도를 측정

15 Xsens MVN 2.2 실험 개요 - 현재 인체 동작분석 장비로 광학측정장비 많이 사용
- 광학측정장비는 간편하고 널리 인증된 장비임에 반해 공간의 제약을 받음 - 공간의 제약을 해결하기 위해 3축가속도계 센서 사용 가능.그러나 3축 가속도계 센서에 관한 정확성 검증 및 연구, 조사는 미미한 상태 - 본 실험에서는 인체 상지 각도 계산을 인증된 장비인 광학측정장비의 결과값과 관성측정유닛의 결과값, 오일러각 계산 비교를 통하여 관성측정유닛의 정확성을 검증

16 실험방법 2.3 실험 방법 - 실험장비 광학측정장비 와 X-Sens MVN 을 이용하여 실험진행.

17 실험방법 피실험자 A - 실험대상 Body Height 180cm Foot size 26cm Arm Span 178cm
Ankle Height 6.5cm Hip Height 90cm Hip Width Knee Height 47cm Shoulder width 31cm Shoe sole Height -

18 실험방법 - 측정방법 1. 피실험자에 MVN 장비와 광학측정장비 동시착용. 2. 피실험자의 체형에 맞게 calibration 실시. (N-POSE,SQUART,HAND TOUCH) 3. 상지의 관절각도를 측정하기 위해 서있는 상태에서 팔을 최대 180°에 가깝 게 3회 굽힘. 4. 각 측정장비의 컴퓨터 soft ware를 사용하여 운동 시 모션을 녹화.

19 결과 및 고찰 2.4 결과 및 고찰 - 3회의 Cycle 중 가운데 Cycle을 비교 Joint Angle
Abduction(+)/Adduction(-) Cycle % 2.4 결과 및 고찰 - 3회의 Cycle 중 가운데 Cycle을 비교 Joint Angle Pronation(+)/Supination(-) Cycle % Joint Angle Flexion(+)/Extension(-) Cycle %

20 결과 및 고찰 - 광학장비와 MVN으로 측정한 Right Elbow의 Joint Angle을 비교해본 결과, Flexion/Extension의 경우 Joint Angle의 경향이 비슷하게 나타났으며 평균 8° 정도의 차이를 보였음 - 그러나, Abduction/Adduction 및 Pronation/Supination은 Joint Angle의 경향 이 매우 다르고, 각도의 차이도 각각 12°, 50°로 큰 차이를 보였음 - 위와 같은 결과가 나타나는 이유는 Cortex의 인체모델의 Local coordinate와 MVN 인체모델의 Local coordinate가 Elbow에 대하여 다르게 설정되어있기 때 문일 가능성이 있음 - 또한, 실험장비 조작 미숙으로 인한 오차가 있을 것임

21 결과 및 고찰 - Elbow의 관절중심에 위치한 광학장비와 MVN의 Local coordinate 비교 - 두 인체모델의 Elbow의 Local coordinate가 다르게 설정되어 있기 때문에 같은동작에도 다른 각도가 측정될 수 있음 광학장비 MVN 같은 프레임에 대한 두 인체 모델의 지역좌표계

22 보완점 2.5 보완점 - 실험장비사용 미숙으로 실험 시간 지연 및 실험진행이 제대로 이루어지지 못함
실험장비사용 숙달을 통한 실험시간 단축 및 실험결과의 신뢰성 확보 필요 - 기구학 및 로보틱스, 오일러/쿼터니언 각도에 대한 지식이 부족하여 관절각도를 직접 구할 수 없었음 관절각도 계산을 위한 지식 학습 필요

23 THANK YOU!!