Inertial measurement units (IMUs) allow for measurements of kinematic movements outside the laboratory, persevering the athlete-environment relationship. To use IMUs in a sport-specific setting, it is necessary to validate sport-specific movements. The aim of this study was to assess the concurrent validity of the Xsens IMU system by comparing it to the Vicon optoelectronic motion system for lower-limb joint angle measurements during jump-landing and change-of-direction tasks. Ten recreational athletes performed four tasks; single-leg hop and landing, running double-leg vertical jump landing, single-leg deceleration and push off, and sidestep cut, while kinematics were recorded by 17 IMUs (Xsens Technologies B.V.) and eight motion capture cameras (Vicon Motion Systems, Ltd). Validity of lower-body joint kinematics was assessed using measures of agreement (cross-correlation: XCORR) and error (root mean square deviation and amplitude difference). Excellent agreement was found in the sagittal plane for all joints and tasks (XCORR > 0.92). Highly variable agreement was found for knee and ankle in transverse and frontal plane. Relatively high error rates were found in all joints. In conclusion, this study shows that the Xsens IMU system provides highly comparable waveforms of sagittal lower-body joint kinematics in sport-specific movements. Caution is advised interpreting frontal and transverse plane kinematics as between-system agreement highly varied.
Inertial measurement units (IMUs) allow for measurements of kinematic movements outside the laboratory, persevering the athlete-environment relationship. To use IMUs in a sport-specific setting, it is necessary to validate sport-specific movements. The aim of this study was to assess the concurrent validity of the Xsens IMU system by comparing it to the Vicon optoelectronic motion system for lower-limb joint angle measurements during jump-landing and change-of-direction tasks. Ten recreational athletes performed four tasks; single-leg hop and landing, running double-leg vertical jump landing, single-leg deceleration and push off, and sidestep cut, while kinematics were recorded by 17 IMUs (Xsens Technologies B.V.) and eight motion capture cameras (Vicon Motion Systems, Ltd). Validity of lower-body joint kinematics was assessed using measures of agreement (cross-correlation: XCORR) and error (root mean square deviation and amplitude difference). Excellent agreement was found in the sagittal plane for all joints and tasks (XCORR > 0.92). Highly variable agreement was found for knee and ankle in transverse and frontal plane. Relatively high error rates were found in all joints. In conclusion, this study shows that the Xsens IMU system provides highly comparable waveforms of sagittal lower-body joint kinematics in sport-specific movements. Caution is advised interpreting frontal and transverse plane kinematics as between-system agreement highly varied.
In wheelchair sports, there is an increasing need to monitor mechanical power in the field. When rolling resistance is known, inertial measurement units (IMUs) can be used to determine mechanical power. However, upper body (i.e., trunk) motion affects the mass distribution between the small front and large rear wheels, thus affecting rolling resistance. Therefore, drag tests – which are commonly used to estimate rolling resistance – may not be valid. The aim of this study was to investigate the influence of trunk motion on mechanical power estimates in hand-rim wheelchair propulsion by comparing instantaneous resistance-based power loss with drag test-based power loss. Experiments were performed with no, moderate and full trunk motion during wheelchair propulsion. During these experiments, power loss was determined based on 1) the instantaneous rolling resistance and 2) based on the rolling resistance determined from drag tests (thus neglecting the effects of trunk motion). Results showed that power loss values of the two methods were similar when no trunk motion was present (mean difference [MD] of 0.6 1.6 %). However, drag test-based power loss was underestimated up to −3.3 2.3 % MD when the extent of trunk motion increased (r = 0.85). To conclude, during wheelchair propulsion with active trunk motion, neglecting the effects of trunk motion leads to an underestimated mechanical power of 1 to 6 % when it is estimated with drag test values. Depending on the required accuracy and the amount of trunk motion in the target group, the influence of trunk motion on power estimates should be corrected for.
Met het groeien van de gemiddelde levensverwachting is ook de uitdaging gegroeid om een ieder zo lang mogelijk een actieve deelnemer van de samenleving te laten zijn. Duurzame zelfstandige mobiliteit is van groot belang voor het functioneren in de samenleving (op werkplek en in thuisomgeving), draagt bij aan het sociaal functioneren en de algemene sociale cohesie. Goede controle over de (dynamische) balans speelt hierbij een grote rol, zijnde de balanshandhaving tijdens het voortbewegen, ook bij gezonde, jonge mensen een continue compromis tussen effectiviteit en veiligheid. Voor ouderen geldt dit nog sterker, daar de gevolgen van een val vele malen ernstiger zijn en ook een grote invloed hebben op de levensverwachting. Mechanismen van handhaving van de dynamische balans in praktische omstandigheden zijn nog grotendeels onbegrepen. Laboratoria staat vaak ver af van praktische condities van de alledaage praktijk. Moderne sensortechnologie opent momenteel een deur naar systematisch onderzoek naar valrisico’s in het dagelijkse leven, echter deze schiet nog te kort in haalbare accuratesse en stabiltiteit over langere metingen. In verschillende projecten wordt momenteel een nieuwe generatie van methoden onderzocht, met als centraal kenmerk hiervan dat bewegingsensoren niet meer als losse onderdelen functioneren, maar in samenhang worden gebruikt. Het kersverse INSTANT project, bijvoorbeeld, onderzoekt hoe huidige bewegingsensoren kunnen worden uitgebreid met een extra sensormodaliteit en ‘meta-datafusion’ algorithmen. Hierdoor kunnen de sensoren elkaars positie waarnemen en naar verwachting een orde meer accuraat meten op een manier die bovendien stabieler is over langere metingen. Aan iets vergelijkbaars wordt gewerkt door collega’s in Torino en Sassari, Italie, zij het met een andere type sensortechnologie. Dit KIEM project onderzoekt in hoeverre beide methoden (en beide onderzoeksclusters) elkaar kunnen versterken door intensief samen te werken. Het plaatsen van een Italiaanse onderzoeker in het INSTANT onderzoekscluster in Enschede gedurende grote delen van een jaar borgt deze samenwerking.
Er zijn veel situaties waarin het belangrijk is om de positie en/of de loopbeweging van personen te kunnen meten, zoals voor de brandweer, voor het leger, in de sport of bij revalidatie. In een aantal situaties geldt hierbij de randvoorwaarde dat je geen gebruik kunt maken van bestaande infrastructuren. GPS werkt bijvoorbeeld alleen buiten en is voor veel toepassingen niet nauwkeurig genoeg. Infrastructuur in gebouwen (zoals WiFi) werkt niet altijd bij brand, en bovendien wil je vaak (ambulant) meten in een praktijkomgeving of in een onbekend gebouw, in plaats van in een ?labomgeving?. Een interessant gegeven is dat de afzonderlijke technieken voor het oplossen van bovenstaande problemen wel bestaan, maar dat nog geen enkele partij deze heeft kunnen integreren in een bruikbaar product. Blijkbaar levert de inherente complexiteit van het onderwerp van dergelijke systemen problemen op. In het SaxShoe project onderzoeken Saxion, HvA, NHL, Universiteit Twente en het bedrijfsleven hoe we een schoen-zool systeem kunnen ontwikkelen voor het meten en op afstand monitoren van de locatie en het loopgedrag van de gebruiker in situaties waarbij standaard infrastructuur (GPS, WiFi, camera?s) ontbreekt. In het project wordt een empirische aanpak gehanteerd. Dit op basis van de constatering dat veel zaken in theorie wel zouden moeten werken, maar dat de praktijk weerbarstig is. Door cyclisch een sensorschoen te ontwikkelen worden kennisvragen beantwoord. Deze (deel)vragen betreffen kennisontwikkeling voor nauwkeurige positiebepaling op basis van inertiële navigatie, en gerelateerde vragen rond communicatie, energievoorziening, de verwerking in een schoen en de werking in praktijksituaties. Op basis van gebruikersfeedback wordt het onderzoek continue bijgestuurd (agile development). Om de aanpak concreet te maken richt het project zicht op het ontwikkelen van een brandweerlaars, als middel, niet als doel, maar wel als showcase voor de kennisontwikkeling. De ambitie is het realiseren van de norm van maximaal 10 meter afwijking na 20 minuten lopen. Hiervoor werken in het project topbedrijven die gespecialiseerd zijn in sensortechnologie samen met hogescholen en met bedrijven die gespecialiseerd zijn in de productie van schoenen en zolen. Het project levert inzicht, oplossingen en ontwerpregels op voor de problematiek die speelt bij het ontwerpen van wearables voor het meten van locatie en loopgedrag. Voor de technische bedrijven in het project biedt SaxShoe de mogelijkheid om nieuwe markten te openen voor bestaande technologieën. Voor de eindgebruikers, zoals de brandweer, biedt het concrete oplossingen voor bestaande problemen zoals de veiligheid van hulpverleners in gevaarlijke situaties.
