Inertiamittausyksikön vaatimukset ihmisen liikeanalyysin toteutukseen kouluratsastuksessa
Heiskanen, Manu (2025)
Kandidaatintyö
2025
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025052353387
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025052353387
Tiivistelmä
Kouluratsastuksessa ratsastajan tarkan liikkeen analysointi on avainasemassa ratsastajan suorituskyvyn kehittämiseksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää ja määritellä ne inertiamittausyksikön mittaustekniset ominaisuudet, jotka ovat kriittisiä juuri ratsastajan liikkeen luotettavalle mittaamiselle. Tutkimus on osa LUT-yliopiston ja LAB-ammattikorkeakoulun AI Riding Coach application -hanketta, jossa kehitetään tekoälypohjaista kouluratsastusvalmennusjärjestelmää.
Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja mittausaineiston analyysinä. Kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin IMU-teknologiaa käsitteleviä tieteellisiä artikkeleita, relevantteja standardeja sekä laitevalmistajien teknisiä dokumentteja. Kirjallisuuskatsauksen ja mittausaineiston analyysin perusteella määritettiin liikkeen vaatimat mittausalueet ja taajuussisältö, jotta voitiin määritellä tarvittavat IMU:n anturiominaisuudet. Mittausaineiston analyysissä hyödynnettiin aiemman hankkeen aikana kerättyä dataa kouluratsastuksesta.
Tutkimuksessa keskeisimmiksi mittausteknisiksi ominaisuuksiksi tunnistettiin kiihtyvyysanturin ja gyroskoopin näytteenottotaajuus, mittausalueet, systemaattinen virhe sekä gyroskoopin kulman satunnaiskulku. Tuloksena määritettiin inertiamittausyksikölle tarvittavat näytteenottotaajuudet ja mittausalueet, joita voidaan hyödyntää IMU:n valinnassa ratsastajan liikeanalyysissä. In dressage, the analysis of the rider's precise movements is a key factor for the rider to develop in performance. The aim of this study is to identify and define the sensor characteristics of an inertial measurement unit that are critical for measuring a dressage rider's motion in dressage. This study is a part of the AI Riding Coach application project, conducted at LUT University and LAB University of Applied Sciences, which aims to develop an AI dressage coaching system.
The research was conducted as a literature review and analysis of measurement data. The literature review included scientific articles on IMU technology, relevant standards and technical documents from IMU manufacturers. Based on the literature review and the analysis of the measurement data, the measurement ranges and frequency content required for the motion were determined in order to define the required sensor characteristics of the IMU. The analysis of the measurement data used dressage riding data collected from a previous project.
The key sensor characteristics identified in the study were sampling frequency, measurement ranges, bias instability and angular random walk. As a result, the sampling frequencies and measurement ranges required for an inertial measurement unit were determined and can be used to select an IMU for the application of dressage riding.
Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja mittausaineiston analyysinä. Kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin IMU-teknologiaa käsitteleviä tieteellisiä artikkeleita, relevantteja standardeja sekä laitevalmistajien teknisiä dokumentteja. Kirjallisuuskatsauksen ja mittausaineiston analyysin perusteella määritettiin liikkeen vaatimat mittausalueet ja taajuussisältö, jotta voitiin määritellä tarvittavat IMU:n anturiominaisuudet. Mittausaineiston analyysissä hyödynnettiin aiemman hankkeen aikana kerättyä dataa kouluratsastuksesta.
Tutkimuksessa keskeisimmiksi mittausteknisiksi ominaisuuksiksi tunnistettiin kiihtyvyysanturin ja gyroskoopin näytteenottotaajuus, mittausalueet, systemaattinen virhe sekä gyroskoopin kulman satunnaiskulku. Tuloksena määritettiin inertiamittausyksikölle tarvittavat näytteenottotaajuudet ja mittausalueet, joita voidaan hyödyntää IMU:n valinnassa ratsastajan liikeanalyysissä.
The research was conducted as a literature review and analysis of measurement data. The literature review included scientific articles on IMU technology, relevant standards and technical documents from IMU manufacturers. Based on the literature review and the analysis of the measurement data, the measurement ranges and frequency content required for the motion were determined in order to define the required sensor characteristics of the IMU. The analysis of the measurement data used dressage riding data collected from a previous project.
The key sensor characteristics identified in the study were sampling frequency, measurement ranges, bias instability and angular random walk. As a result, the sampling frequencies and measurement ranges required for an inertial measurement unit were determined and can be used to select an IMU for the application of dressage riding.