Validierung von Finger- und Handbewegungen der inertial motion capture Handschuhe Xsens Metagloves und Kinfinity Gloves am Goldstandard optical motion capture

Status:

abgeschlossen

Zielsetzung:

Ziel der Studie stellt die Validierung der Xsens Metagloves dar. Dazu sollen einerseits standardisierte Bewegungen am Roboterarm validiert werden und andererseits handbezogene Untersuchungsmethoden zur Generierung von Normwerten bei Erwachsenen erfasst werden. Grundlage dafür ist die Modifizierung eines bereits existierenden Handmodells.

Aktivitäten/Methoden:

Für die Validierung der Manus Metagloves Pro wurde zuerst in einer Laborstudie am Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. München (DLR) mittels der Roboterhand des humanoiden Roboters David überprüft, wie exakt definierte Fingerbewegungen der Roboterhand von den Manus Metagloves Pro erfasst werden, wobei die Korrelation der direkt eingestellten und intern gemessenen Winkel an der Roboterhand mit den indirekt gemessenen Winkeln durch die Manus Metagloves verglichen wurden. In einer zweiten Probandenstudie wurden die Manus Metagloves Pro mit dem Vicon Optical Motion Capture System verglichen, wobei hier die Korrelation von zwei Systemen untersucht wurden, die auf der indirekten Messung von Gelenkwinkeln basieren. Somit wurden zusätzlich zur internen Validierung mit der Roboterhand in dieser zweiten Studie zwei Messgeräte miteinander verglichen.

Ergebnisse:

Der Vergleich zwischen Manus Metagloves Pro und dem humanoiden Roboter David zeigte eine stark variierende Übereinstimmung der Gelenkwinkel je nach Finger, Gelenk und Bewegung. Für das MCP-Gelenk des Zeigefingers wurden bei Flexion hohe Korrelationen erreicht, während Abduktionsbewegungen deutlich niedrigere Werte zeigten. PIP-Gelenke lagen im mittleren Bereich, DIP-Gelenke waren meist schwächer korreliert, zeigten jedoch bei isolierter Bewegung ebenfalls hohe Werte. Die Daumenbewegungen wiesen insgesamt sehr geringe Korrelationen auf. Insgesamt stimmten die zeitlichen Verläufe beider Systeme gut überein, jedoch unterschieden sich die absoluten Winkelwerte deutlich.

Im Vergleich Manus vs. Vicon zeigten sich ebenfalls starke Unterschiede zwischen Gelenken und Bewegungsrichtungen. MCP- und PIP-Gelenke der Langfinger erreichten überwiegend moderate bis hohe Korrelationen, während DIP-Gelenke deutlich niedriger lagen. Der Daumen zeigte ein gemischtes Bild mit sehr niedrigen bis moderaten Werten. Die ICC-Werte waren inkonsistent: teils hoch (z. B. Daumen MCP), aber für viele Langfingergelenke niedrig. Bei Abduktion-Adduktion waren die Korrelationen insgesamt gering, während ICC-Werte moderat bis hoch ausfielen. In der 3D-Markeranalyse zeigten sich die höchsten Korrelationen in distalen Fingerbereichen, insbesondere in dorsopalmarer Richtung, während radial-ulnar deutlich schwächer war. Bewegungsabhängig traten die besten Übereinstimmungen bei dynamischen Flexionsaufgaben auf, insbesondere an PIP-Gelenken, während Ruhephasen und isolierte Bewegungen deutlich geringere oder keine Korrelationen zeigten.

Stand: