IMUの方向誤差について：人間の動きをターゲットとする静的および動的精度の調査

人間の動きを測定するときに慣性測定単位（IMU）を使用することにより達成可能な方向追跡の精度は依然としてオープンな問題です。この研究では、静的条件とロボットアームによってシミュレートされた典型的な人間のダイナミクスの下での精度の体系的な定量化を提示します。確率的および相補的な方法のクラスから選択された2つのセンサー融合アルゴリズムが考慮されます。提案されたプロトコルは、制御され、再現可能な実験条件を実装し、動きの周波数と振幅が異なる広範な動的運動の精度を検証します。追跡の動的パフォーマンスは、センサー融合アルゴリズムにわずかに依存していることがわかりました。代わりに、それは動きの振幅と頻度に依存し、誤差への主要な寄与は回転軸W.R.Tの方向に由来します。重力ベクトル。絶対的および相対誤差上限は、それぞれ範囲[0.7°÷8.2°]および[1.0°÷10.3°]に見られます。動的な精度に加えて、異なるアルゴリズムの収束動作に重点を置いて、静的精度を徹底的に調査します。報告された結果は、このテクノロジーの使用に関連する重要な問題を強調し、人間の動き関連アプリケーションのベースラインレベルのパフォーマンスを提供します。

The accuracy in orientation tracking attainable by using inertial measurement units (IMU) when measuring human motion is still an open issue. This study presents a systematic quantification of the accuracy under static conditions and typical human dynamics, simulated by means of a robotic arm. Two sensor fusion algorithms, selected from the classes of the stochastic and complementary methods, are considered. The proposed protocol implements controlled and repeatable experimental conditions and validates accuracy for an extensive set of dynamic movements, that differ in frequency and amplitude of the movement. We found that dynamic performance of the tracking is only slightly dependent on the sensor fusion algorithm. Instead, it is dependent on the amplitude and frequency of the movement and a major contribution to the error derives from the orientation of the rotation axis w.r.t. the gravity vector. Absolute and relative errors upper bounds are found respectively in the range [0.7° ÷ 8.2°] and [1.0° ÷ 10.3°]. Alongside dynamic, static accuracy is thoroughly investigated, also with an emphasis on convergence behavior of the different algorithms. Reported results emphasize critical issues associated with the use of this technology and provide a baseline level of performance for the human motion related application.