Real-Time Biomechanical Analysis of Human Movement with Wearable Sensors and Musculoskeletal Modelling
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Biomekanisk analys av mänskliga rörelser i realtid med bärbara sensorer och muskuloskeletala modeller (Swedish)
Abstract [en]
Motion analysis is widely used in medicine, ergonomics, and sports science, but traditional motion capture (MoCap) systems are expensive and limited to laboratory settings. Wearable sensors offer a more accessible alternative for capturing movement in everyday life, but no existing system enables accurate, real-time estimation of joint kinematics and kinetics. This project aimed to validate a wearable sensor system that combines inertial measurement units (IMUs), pressure insoles, and musculoskeletal modelling for real-time estimation of hip, knee, and ankle joint angles and moments. Data were collected from three participants using the wearable system and a laboratory-based MoCap system, which served as a reference, during static, dynamic, and walking tasks. Real-time estimates from the wearable system were then compared to offline MoCap outputs. The results showed good overall agreement for joint angles and ankle moments, while larger errors were observed for hip and knee moments. While further validation is needed, the findings suggest that the system has potential for real-time biomechanical analysis outside the laboratory.
Abstract [sv]
Rörelseanalys används i stor utsträckning inom medicin, ergonomi och idrotts- vetenskap, men traditionella rörelseanalyssystem (MoCap) är dyra och begränsade till laboratoriemiljöer. Bärbara sensorer erbjuder ett mer tillgängligt alternativ för att analysera rörelser i vardagen, men inget befintligt system möjliggör noggrann, realtidsuppskattning av ledkinematik och ledkinetik. Det här projektet syftade till att validera ett bärbart sensorsystem som kombinerar tröghetsmätningsenheter (IMU:er), tryckinlägg och muskuloskeletal modellering för realtidsuppskattning av höft-, knä- och fotledsvinklar samt moment. Data samlades in från tre deltagare med hjälp av det bärbara systemet och ett laboratoriebaserat MoCap- system, som fungerade som referens, under statiska, dynamiska och gångrelaterade uppgifter. Realtidsuppskattningarna från det bärbara systemet jämfördes sedan med offlineresultat från MoCap. Resultaten visade god överensstämmelse för ledvinklar och fotledsmoment, medan större fel observerades för höft- och knämoment. Även om ytterligare validering behövs, tyder resultaten på att det bärbara systemet har potential för att användas för biomekanisk analys i realtid utanför laboratoriet.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 45
Series
TRITA-CBH-GRU ; 2025:048
Keywords [en]
Wearable sensors, real-time motion analysis, musculoskeletal modelling, inertial measurement units (IMUs), pressure insoles, joint kinematics and kinetics, biomechanics
Keywords [sv]
Bärbara sensorer, rörelseanalys i realtid, muskuloskeletal modellering, inertiellavmät- instrument (IMU), tryckmätande sulor, ledkinematik och ledkinetik, biomekanik
National Category
Medical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-365575OAI: oai:DiVA.org:kth-365575DiVA, id: diva2:1976231
Subject / course
Medical Engineering
Educational program
Master of Science - Medical Engineering
Supervisors
Examiners
2025-06-272025-06-242025-06-27Bibliographically approved