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Motion-Based Ground Reaction Forces and Moments Prediction Method for Interaction With a Moving and/or Non-Horizontal Structure

Authors :
Demestre, Louise
Morin, Pauline
May, François
Bideau, Nicolas
Nicolas, Guillaume
Pontonnier, Charles
Dumont, Georges
Analysis-Synthesis Approach for Virtual Human Simulation (MIMETIC)
Université de Rennes 2 (UR2)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-RÉALITÉ VIRTUELLE, HUMAINS VIRTUELS, INTERACTIONS ET ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Laboratoire Mouvement Sport Santé (M2S)
Université de Rennes (UR)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Brest (UBO)-Université de Rennes 2 (UR2)-Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes ( Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique )
Université de Rennes 2 (UR2)
ANR-21-ESRE-0030,CONTINUUM,Collaborative Continuity from Digital to Human(2021)
ANR-18-EURE-0022,DIGISPORT,Digital Sports Sciences(2018)
Source :
Journal of Biomechanical Engineering, Journal of Biomechanical Engineering, 2022, pp.1-9. ⟨10.1115/1.4054835⟩
Publication Year :
2022

Abstract

Inverse dynamics methods are commonly used for the biomechanical analysis of human motion. External forces applied on the subject are required as an input data to solve the dynamic equilibrium of the subject. Force platforms measure ground reaction forces and moments (GRF&Ms) but they limit the ecological aspect of experimental conditions. Motion-based GRF&Ms prediction may circumvent this limitation. The current study aims at evaluating the accuracy of an optimization-based GRF&Ms prediction method modified to be applied to the interaction with a moving and/or nonhorizontal structure (MNHS). The main improvement of the method deals with contact detection in such a MNHS. To evaluate the accuracy of the method, 20 subjects performed squats and steps on an instrumented moving structure, measuring both motion and GRF&Ms. The comparison of the root-mean-square error between the predicted and measured GFR&Ms divided by the subjects mass showed a similar order of magnitude than those from the method without the studied modification (0.14 N/kg for antero-posterior forces, 0.29 N/kg for medio lateral forces, 0.61 N/kg for longitudinal forces, 0.06 Nm/kg for frontal moments, 0.13 Nm/kg for sagittal moments, and 0.03 Nm/kg for transverse moments). The results showed the suitability of the method to study human motions for tasks performed on a MNHS.

Details

ISSN :
15288951 and 01480731
Volume :
144
Issue :
11
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of biomechanical engineering
Accession number :
edsair.doi.dedup.....724db28fd8b0f0f9ad13008747dcf5b6