The purpose of this study is to develop a gait-event detection system, which is necessary for the cycle-to-cycle FES control of locomotion. Proposed gait event detection system consists of a signal measurement part and gait event detection part. The signal measurement was composed of the sensors and the LabVIEW program for the data acquisition and synchronization of the sensor signals. We also used a video camera and a motion capture system to get the reference gait events. Machine learning technique with ANN (artificial neural network) was adopted for automatic detection of gait events. 2 cycles of reference gait events were used as the teacher signals for ANN training and the remnants ($2\sim5$ cycles) were used fur the evaluation of the performance in gait-event detection. 14 combinations of sensor signals were used in the training and evaluation of ANN to examine the relationship between the number of sensors and the gait-event detection performance. The best combinations with minimum errors of event-detection time were 1) goniometer, foot-switch and 2) goniometer, foot-switch, accelerometer x(anterior-posterior) component. It is expected that the result of this study will be useful in the design of cycle-to-cycle FES controller.
The purpose of this study was to develop the inertial sensor module system to detect gait event using single angular rate sensor(gyroscope), and evaluate the accuracy of this system. This sensor module is attached at the heel and gait events such as heel strike, foot flat, heel off, toe off are detected by using proposed automatic event detection algorithm. The developed algorithm detect characteristics of pitch data of the gyroscope to find gait event. To evaluate the accuracy of system, 3D motion capture system was used and synchronized with sensor module system for comparison of gait event timings. In experiment, 6 subjects performed 5 trials level walking with 3 different conditions such as slow, preferred and fast. Results showed that gait event timings by sensor module system are similar to that by kinematic data, because maximum absolute errors were under 37.4msec regardless of gait velocity. Therefore, this system can be used to detect gait events. Although this system has advantages of small, light weight, long-term monitoring and high accuracy, it is necessary to improve the system to get other gait information such as gait velocity, stride length, step width and joint angles.
The purpose of this study is to develop a portable gait-event detection system which is necessary for the cycle-to-cycle FES(functional electrical stimulation) control of locomotion. To make the system portable, we made following modifications in the gait signal measurement system. That is, 1) to make the system wireless using Bluetooth communication, 2) to make the system small-sized and battery-powered by using low power consumption ${\mu}$ P(ATmega8535L). The gait-events were analyzed in off-line at the main computer using ANN(Artificial Neural Network). The Proposed system showed no mis-detection of the gait-events of normal subject and hemiplegia subjects. The performance of the system was better than the previous wired-system.
Journal of information and communication convergence engineering
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제15권4호
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pp.244-249
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2017
Wearable sensor-based gait analysis has been widely conducted to analyze various aspects of human ambulation abilities under the free-living condition. However, there have been few research efforts on using wearable sensors to analyze human walking on an unstable surface such as on a ship during a sea voyage. Since the motion of a ship on the unstable sea surface imposes significant differences in walking strategies, investigation is suggested to find better performing wearable sensor-based gait analysis algorithms on this unstable environment. This study aimed to compare two representative gait event algorithms including time domain and frequency domain analyses for detecting heel strike on an unstable platform. As results, although two methods did not miss any heel strike, the frequency domain analysis method perform better when comparing heel strike timing. The finding suggests that the frequency analysis is recommended to efficiently detect gait event in the unstable walking environment.
본 연구의 목적은 실외 보행 실험 시 사용하기에 간편한 가속도계를 이용하여 보행 이벤트를 자동으로 검출하는 알고리즘을 개발하고 검증하는 것이다. 개발된 알고리즘은 신발의 발등에 부착된 3축 가속도계의 가속도의 총합과 보행 진행 방향(x축) 가속도를 이용하였다. 가속도 총합은 착지 시점의 검출에, x축 가속도는 이지 시점의 검출에 각각 사용되었다. 7명의 피험자가 느린 보행 속도 선호 보행 속도 빠른 보행 속도로 보행 실험을 수행하였고, 개발된 알고리즘의 검증을 위해 지면반력기를 포함한 3차원동작분석시스템과 동시에 실시되었다. 지면반력기를 이용한 보행 시점을 기준으로, 기존에 발표된 동작 자료만을 이용한 알고리즘을 통하여 얻어진 보행 시점도 함께 비교 하였다. 그 결과, 고안된 알고리즘의 정확도는 지면반력기를 이용한 값에 평균, 착지시점은 $22.33{\pm}17.45ms$, 이지시점은 $26.82{\pm}14.78ms$의 차이가 났고, 그 오차의 패턴이 일관적으로 20ms가량 먼저 검출되는 경향이 있었다. 일반적으로 트레드밀 실험에서 많이 사용되는 동작데이터를 통한 보행 시점의 비교에서도 크게 차이를 보이지 않았다. 그러므로 개발된 알고리즘은 실외 실험의 보행 시점 검출에 이용할 수 있을 것으로 판단된다. 추후 연구로는 현재의 가속도계만으로 보행 시점뿐 만아니라, 중력가속도 성분을 제거하여 보행 공간변인의 추출이 필요할 것이다.
The purpose of this study is to develop a practical gait-event detection system which is necessary for the FES (functional electrical stimulation) control of locomotion in paralyzed patients. The system is comprised of a sensor board and an event recognition algorithm. We focused on the practicality improvement of the system through 1) using accelerometer to get the angle of shank and dispensing with the foot-switches having limitation in indoor or barefoot usage and 2) using a rule-base instead of threshold to determine the heel-off/heel-strike events corresponding the stimulation on/off timing. The sensor signals are transmitted through RF communication and gait-events was detected using the peaks in shank angle. The system could detect two critical gait-events in all five paralyzed patients. The standard deviation of the gait events time from the peaks were smaller when 1.5Hz cutoff frequency was used in the derivation of the shank angle from the acceleration signals.
Objective: The purpose of this study was to provide data on gait characteristics of K-pop professional dancers. Method: Participants were divided into four groups: male dancers (n=10, age: $28.2{\pm}3.4years$, height: $175{\pm}6cm$, weight: $68.9{\pm}5.6kg$), female dancers (n=10, age: $26.7{\pm}3.1years$, height: $162{\pm}4cm$, weight: $52.1{\pm}3.7kg$), non-dancer males (n=10, age: $25.2{\pm}2.6years$, height: $171{\pm}6cm$, weight: $66.4{\pm}5.3kg$), or non-dancer females (n=10, age: $26.2{\pm}3.0years$, height: $161{\pm}5cm$, weight: $56.4{\pm}6.7kg$). Twelve infrared cameras (Qualisys, Oqus 500, Sweden, 150 Hz.) were used to capture three-dimensional motion data. Gait motion data of professional dancers and ordinary persons were obtained. Results: K-pop dancers' dynamic stability during the female toe off event and the male heel contact event was better compared with that of ordinary persons in the front-rear direction. In addition, the results showed a significant difference in the margin of stability (MoS). However, the medial-lateral direction of both female and male dancers during heel contact and the toe off event was more stable compared with ordinary person, who exhibited an increased MoS than did the dancers. Conclusion: This study aimed to investigate the gait characteristics of K-pop professional dancers in comparison with ordinary persons using gait parameters and MoS. The stability of K-pop professional dancers' dynamic gait in the front-rear direction was better than that in the medial-lateral direction. Therefore, further studies in which the dance movements of K-pop dancers are sub-divided and analyzed will be necessary to reduce related injury.
Kim, JeongKyun;Bae, Myung-Nam;Lee, Kang Bok;Hong, Sang Gi
ETRI Journal
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제42권1호
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pp.46-53
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2020
Gait analysis is an effective clinical tool across a wide range of applications. Recently, inertial measurement units have been extensively utilized for gait analysis. Effective gait analyses require good estimates of heel-strike and toe-off events. Previous studies have focused on the effective device position and type of triaxis direction to detect gait events. This study proposes an effective heel-strike and toe-off detection algorithm using a smart insole with inertial measurement units. This method detects heel-strike and toe-off events through a time-frequency analysis by limiting the range. To assess its performance, gait data for seven healthy male subjects during walking and running were acquired. The proposed heel-strike and toe-off detection algorithm yielded the largest error of 0.03 seconds for running toe-off events, and an average of 0-0.01 seconds for other gait tests. Novel gait analyses could be conducted without suffering from space limitations because gait parameters such as the cadence, stance phase time, swing phase time, single-support time, and double-support time can all be estimated using the proposed heel-strike and toe-off detection algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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