スプリント速度に対するゼロ速度更新法の妥当性を評価する

Assessing the validity of the zero-velocity update method for sprinting speeds.

抄録

ゼロ速度更新（ZUPT）法は、歩行時やランニング時に足に装着した慣性計測ユニット（IMU）から足の運動量を推定するための一般的な手法となっています。しかし、スプリント速度におけるストライドパラメータに対するZUPT法の精度は、特にスプリントに適した特性を持つセンサー（加速度センサーやジャイロスコープの高いレンジやサンプリングレートなど）を使用した場合、未知のままである。17名の参加者が、Blue Trident IMeasureU IMUを装着して80mのトラックスプリントを行った。スタートから20メートルと70メートルの地点にある2台のカメラを使用して、ストライドごとおよび累積距離ごとにZUPT法を検証した。特に、ZUPT法の有効性を評価した：(1)80mスプリントの終了間際に到達する1回のストライド長（すなわち、70mでのストライド）の推定、(2)約20mから約70mまでの累積距離の推定、および(3)80mトラックスプリントの総移動距離の推定。70m地点での個々の歩幅の誤差は-6％～3％以内であり、バイアスは-0.27％であった。累積距離の誤差は-4～2％以内で、バイアスは-0.85～-1.22％であった。本研究の結果は、ZUPT法がスプリント速度における歩幅と累積移動距離を正確に推定できることを示している。

The zero-velocity update (ZUPT) method has become a popular approach to estimate foot kinematics from foot worn inertial measurement units (IMUs) during walking and running. However, the accuracy of the ZUPT method for stride parameters at sprinting speeds remains unknown, specifically when using sensors with characteristics well suited for sprinting (i.e., high accelerometer and gyroscope ranges and sampling rates). Seventeen participants performed 80-meter track sprints while wearing a Blue Trident IMeasureU IMU. Two cameras, at 20 and 70 meters from the start, were used to validate the ZUPT method on a stride-by-stride and on a cumulative distance basis. In particular, the validity of the ZUPT method was assessed for: (1) estimating a single stride length attained near the end of an 80m sprint (i.e., stride at 70m); (2) estimating cumulative distance from ∼20 to ∼70 m; and (3) estimating total distance traveled for an 80-meter track sprint. Individual stride length errors at the 70-meter mark were within -6% to 3%, with a bias of -0.27%. Cumulative distance errors were within -4 to 2%, with biases ranging from -0.85 to -1.22%. The results of this study demonstrate the ZUPT method provides accurate estimates of stride length and cumulative distance traveled for sprinting speeds.