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Main PageAMTI Force Plate Setup

范围

本页提供有关将AMTI Force板系统与OptiTrack运动捕捉系统集成的说明。

概述

当运动捕捉系统与力板结合使用时,它们一起作为各种研究应用的有效工具,包括生物力学分析,临床步态分析,生理学研究,运动性能研究等等。OptiTrack运动捕捉系统可以与力板同步,以获得运动和动力学测量。请注意,只有使用eSync同步集线器的Prime摄像头系统才支持强制板集成。该页面提供了设置和配置力板的快速指南 - 带有数字输出 - 以及OptiTrack运动捕捉系统。

有关压板的规格和配置的详细信息,请参阅压板制造商提供的文档。

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模拟平台

模拟力板设备只能通过DAQ设备实现。可以通过数据采集通道检测输入电压信号,但Motive中不支持与模板平台相关的力板相关软件功能(矢量,位置校准等)。有关集成模拟设备的详细说明,请参阅NI-DAQ设置页面。

必需的组件

  • 支持的放大器型号:AMTI Gen 5,AMTI Optima。
  • 强制平台与上述放大器型号兼容。
  • Prime系列以太网摄像头系统,带有eSync同步集线器。
  • 动机1.9或以上。


硬件设置


元件接线(AMTI)

AMTI力板系统设置

将每个压板连接到主机PC。对于带有外部放大器的强制板系统,平台必须连接到上行链路到主机的放大器。有关使用主机PC设置Force Plate系统的详细说明,请参阅AMTI文档。

相机系统设置

设置OptiTrack摄像系统并将压板放在所需位置; 理想情况下,靠近体积的中心。有关详细信息,请参见快速入门指南硬件设置页。

使用Gen 5放大器连接eSync

要获得准确的同步,必须使用eSync 2同步集线器。eSync 2具有信号输出端口,用于向从设备发送同步信号。将eSync 的BNC 输出端口连接到强制板放大器的同步输入端口(同步锁相/触发输入)
如果力板系统具有RCA同步端口,请使用RCA电缆以及eSync 2附带的50欧姆BNC公头至75欧姆RCA插孔适配器来连接放大器。上面的接线图显示了如何通过eSync 2将力板系统连接到以太网摄像机系统。

多个设备同步

eSync 2上共有四个输出端口,如果需要,可以集成多个强制板和外部设备。请咨询我们的工程师,了解多个压力板同步。

热插拔

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集成不支持热插拔。当新设备连接到系统时,必须重新启动Motive才能实例化它。


  • Diagram for Prime Camera System with integrated force plates.
    具有集成力板的Prime相机系统图。(*)有些力板没有外部放大器,而是将放大器集成在平台内。在这种情况下,请将同步电缆和USB电缆直接连接到主机PC。
  • eSync 2输出和输入端口



软件设置


AMTI软件设置

在Motive中安装压板之前,请确保计算机上安装了压板系统所需的软件组件。AMTI的软件(例如AMTINetForce)必须能够检测并初始化连接的设备,以便在Motive中正确初始化和使用压板。一旦确认工作,开始设置Motive。有关更多信息,请参阅制造商文档。

在NetForce软件中检测到Optima放大器。

外围设备模块


为了将力板系统与Motive集成,您需要设置所需的驱动程序和插件。Motive安装程序与外围设备模块一起打包,可以添加。在Motive安装过程中,程序功能列表将显示在“自定义安装”部分中。在此处,更改外围设备模块的设置,如下图所示,以便模块与Motive Files一起安装。

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注意  :即使您没有使用NI-DAQ,仍然需要在安装程序中安装下一个出现的NI-DAQmx驱动程序。

ND OPMinstall.png DAQmxInstall.gif

动力中的力板设置

1.开始动机

如果强制板的硬件和软件已配置并成功识别,Motive将列出检测到的带有数字标签的力板(1,2等)。Motive会通知您不正确或不存在的力板校准文件。在Motive中成功实例化设备后,状态日志将指示已创建并加载设备。
用力板的动机。

2. 校准相机

正常校准捕获体积以获得摄像机的方向(有关详细信息,请参阅“ 快速入门指南”或“ 校准”页面)。力板的位置大约是体积的中心,当您重新校准或重置地平面时,您还需要重新调整力板的位置以获得最佳效果。
用力板和相机校准的动机。

3. 设置CS-400

CS-400校准方块上,拉出压板对齐卡舌,将压力板水平夹具放在底部。水准夹具将校准方块与力板表面对齐。对齐标签允许您将CS-400与力板的两侧齐平,从而实现最精确的对齐。
CS-400校准方形带有力板力板部件。


4. 将CS-400放在压板上

将校准棒放在压力板上,使棒的顶点位于电缆输入所在侧的右角(如下图所示)。正确放置校准方块很重要,因为它确定了力板的方向及其在全局系统内的局部坐标轴。力板的坐标系与使用Motive的系统无关。

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AMTI Force Plates

AMTI力板使用右侧系统。CS-400的长臂将定义Y轴,短臂将定义力板的X轴。因此,Z轴向下指向以测量垂直力。

  • Force plate with CS-400 aligned properly.
    CS-400的压板正确对齐。
  • 校准的力板位置和方向。显示X和Y轴。
  • 5. 在Motive中设置压板位置。

    将校准方块放在压力板上后,在Motive中选择CS-400标记。右键单击要定位的压力板,然后单击“ 设置位置”。当一个体积中有多个压力板时,您可能需要踩踏压力板以找到校准方块所在的平台。在Motive中,未校准的力板将以绿色亮起,并且当您踩踏板时会出现力矢量。必要时,对其他受力板重复步骤4和5。
    参考校准方块上的标记,Motive定义了全局坐标系内力板坐标系的位置。
    在计算力矢量和压力中心时,Motive使用制造商定义的X,Y和Z机械 - 电气中心偏移。对于基于数字的印版,此信息可从SDK获得,也存储在印版的板载校准数据中。
    Setting the position of a force plate in Motive.
    在Motive中设置压板的位置。力板上的数字标签被反转,因为力板位置和方向尚未校准。

    6. 零力板

    校准每个压力板后,从卷中取出CS-400。右键单击Motive中的一个强制板,然后单击Zero(all)。这样可以去皮,并将板数据上的当前力设置为0.这将占据力板的一小量恒定测量偏移量。请记住,它会立刻将所有力板归零。因此,请确保任何力板上没有物体。
    Set the force plate data to zero for more accurate data.
    将压板数据设置为零,以获得更准确的数据。

    7. 设置采样率

    通过同步设置配置压板的采样率,这将在下一节中介绍。您可以通过参考时钟同步或通过触发同步来同步强制板。请注意,根据放大器型号的不同,可能仅支持特定的采样率。

    Info2.png

    支持的压板采样率:

    对于AMTI,力板支持以下采样率,具体取决于所使用的放大器。有关最新信息,请参阅其文档。支持的采样率(Hz)如下:

    • AMTI Gen 5放大器: 2000, 1800, 1500, 1200, 1000, 900, 800, 600, 500, 450, 400, 360, 300, etc...
    • AMTI Optima放大器: 1000, 600, 500, 300, 250, 200, 150, 125, 120, 100, 60, 50, 30, 25, 15, 10.
    Devices pane配置压板采样率。

    同步配置


    您可以采用两种同步方法:通过时钟信号或通过记录触发信号进行进行同步。

    通过时钟信号的同步利用eSync的内部时钟信号来逐帧地同步力板的采样。但是,当有另一个设备(例如NI-DAQ)与时钟信号频率同步时,不能为每个单独的设备设置采样率。在这种情况下,必须使用触发同步来同步初始记录触发器。通过触发信号进行同步利用Motive中的记录触发来对齐来自两个系统的初始样本。初始同步后,两个系统都以自己的采样率自由运行。如果力板在相机系统的整个倍数下运行,则收集的样本将对齐。然而,由于采样时钟不是非常准确,因此样本的对准可能会随着时间缓慢漂移。因此,当通过记录触发器进行同步时,最好保持记录时间短。

    当通过eSync同步,使用以下步骤配置同步设置动机。这将允许两个系统同时被触发,参照主同步装置,eSync。

    同步配置步骤:eSync

    参考时钟同步设置步骤

    1. 打开"设备窗格"和"属性窗格".
    2. 在"设备"窗格中,选择列出的设备中的eSync。这将在选定的eSync的属性窗格中列出同步设置。
    3. 在" 属性"窗格 "同步输入设置"部分下,将 "源"'设置为" 内部时钟"
    4. 接下来,在时钟频率部分,输入您希望运行压板的采样率。此时钟信号最终将输出到压板系统以控制采样率。对于本指南,我们将其设置为1200 Hz。
    5. 设置时钟频率后,将输入分频器/倍频器应用于时钟频率,以设置摄像机系统的帧速率。例如,如果将输入分频器设置为10并将输入乘数设置为2且内部时钟频率以1200 Hz运行,则摄像机系统将以240 FPS运行。相机系统的最终帧速率将显示在“ 摄像机速率”部分中。
    6. 下一步是配置输出信号,以便可以将时钟信号发送到压板系统。在Outputs部分下,启用强制板系统所连接的eSync的相应输出端口。
    7. 将输出1-4→类型设置为 门控内部时钟
    8. 现在已经配置了eSync,您需要在Motive中配置压板属性。在Motive中选择压板时,访问“属性”窗格以查看压板属性。在这里,设置以下属性:
    • 记录触发;
    • 参考时钟同步;
    • 设置完成后,压板系统将以eSync上配置的时钟信号频率开始采样,此速率也将显示在“ 设备”窗格中。
    • Example settings in the cameras and synchronization panes for eSync.
      时钟同步的示例eSync属性。
    • Example settings in the cameras and synchronization panes for eSync.
      时钟同步的强制板属性示例。

    Info2.png

    • 当通过门控内部时钟同步力板时,力数据可能在实时模式下不可用,因为只有在Motive正在录制时才会输出信号。如果需要在实时模式下查看数据,请使用触发的同步设置。

    触发的同步设置步骤

    1. 打开“ 设备”窗格“ 属性”窗格.
    2. 摄像机系统的最终帧速率将显示在“ 设备”窗格的最顶部。
    3. “ 设备”窗格中,选择列出的设备中的eSync。这将在选定的eSync的“属性”窗格中列出同步设置。
    4. 设置输出信号,以便将记录触发信号发送到压板系统。在Outputs部分中,启用并配置强制板系统所连接的eSync的相应输出端口。
    5. 将输出1-4→类型设置为录制门
    6. 现在已配置eSync,您需要配置强制板的属性。在Motive中选择压板时,访问“属性”窗格以查看压板属性。在这里,设置以下属性:
    • 记录触发; 设备
    • 参考时钟同步;
    • eSync输出通道; eSync上使用的输出端口.
    完成此操作后,当Motive开始采集数据时,压板系统将与记录触发信号同步,并且在初始同步触发后,压板将自由运行。您可以通过修改“ 设备”窗格中的“ 倍增”值来配置强制板的采样率,以便以相机系统帧速率的整数倍进行采样。
    • Example settings in the cameras and synchronization panes for eSync.
      触发同步的示例eSync属性。
    • Example settings in the cameras and synchronization panes for eSync.
      触发同步的示例强制板属性。

    Info2.png

    对于自由运行同步设置,可以从“ 设备”窗格设置力板的采样率,但力板的采样率必须配置为摄像机系统帧速率的整数倍。通过调整“ 设备”窗格中的“ 速率倍增”值,可以修改力板的采样率。首先,选择相机系统的帧速率,然后调整速率乘数值,将力板设置为所需的采样率。

    Info2.png

    再同步

    重新对齐压板的初始采样时间。

    当通过记录触发信号(记录门或记录脉冲)同步两个系统时,两个系统都处于自由运行模式。这意味着mocap系统和力板系统的记录同时被触发,并且每个系统以其自己的速率运行。

    但是,两个系统在记录触发时同步,但不是按帧计算。由于这个原因,mocap数据和力板数据的对齐可能逐渐彼此偏移以进行更长时间的捕获。但这不是问题,因为每次触发Motive中的录制时,同步链将始终重新同步。此外,注意到一般不会持续太长,此漂移采取对数据的影响。

    但是,这可能是实时流式传输数据时的一个问题,因为记录永远不会启动,只有当Motive首次启动时才会同步两个系统。为了消除漂移,可以使用ReSynch功能。在“ 设备”窗格透视视图中右键单击力板,然后从上下文菜单中选择“重新同步”以重新调整两个系统的采样时间。

    如何验证同步

    在开始录制之前,您可能需要验证摄像机和压力板数据是否同步。为此,将逆向反射球/标记放在平台上几次; 这可以通过带有标记的任何刚性对象来完成。弹跳物体在撞击平台表面时产生急剧的过渡,并且使得数据更加明显,以检查它们是否同步。要检查这一点,请监控球撞击压板的精确时间,并在mocap数据和压板数据之间进行比较。

    以下是验证良好同步结果的示例:

    良好的同步

    设备设置配置文件


    所有已配置的设备设置(包括校准)都将保存在Device Profile XML文件中。退出Motive时,更新的设备配置文件将保存在程序数据目录(C:\ProgramData\OptiTrack\Motive\DeviceProfiles)下,并在重新启动Motive时再次加载此文件。可以通过帮助→应用程序文件夹→持久设置访问持久性设置文件。此XML文件可确保每次关闭并重新启动Motive时都会保留所有设备设置。
    直接访问持久性设置文件夹。在此文件夹中,存储许可证文件以及持久配置的XML文件。

    Motive中的力板数据


    可以从" 图形视图”窗格监视强制板数据。您需要配置自定义图形布局以显示受力板数据。如图所示,确保选择要绘制的所需压板数据通道(Fx,Fy,Fz,Mx,My或Mz)。然后,当您在Motive中选择强制板时,相应通道中的数据将绘制在图形上。当选择重建标记和力板通道时,将对力图进行子采样,以便与轨迹数据一起绘制。有关如何配置图形布局的更多信息,请阅读" 图形视图”窗格页面。

    实力板数据

    要绘制实时力板数据,必须将相应图形的图形View Style配置为Live

    Info2.png

    笔记

    • 力和力矩数据反映了力板制造商定义的坐标系,该坐标系通常是Z向下右手坐标系。注意:此约定独立于Motive中使用的全局坐标系。因此,Fz分量代表垂直力。有关更深入的信息,请参阅压板规格。
    • Graph of live force plate data.
      实时力板数据图。
    • Layout configuration.
      图表视图窗格布局配置。

    数据导出


    MotionMonitor生物力学分析软件。

    我们建议使用以下程序来分析生物力学应用中的导出数据:

    C3D出口


    C-Motion提供的Visual3D生物力学分析软件

    Motive导出跟踪数据和强制板数据到C3D文件。然后可以将导出的C3D文件导入生物力学分析和可视化软件以进行进一步处理。有关Motive中C3D导出的更多信息,请参见数据导出数据导出:C3D页面。注意,Motive中使用的坐标系(y-up右手)可能与生物力学分析软件中使用的惯例不同。

    C3D轴

    共同惯例

    使用z-up右手坐标系的应用程序的C3D导出设置。
    由于Motive使用的坐标系与普通生物力学应用中使用的系统不同,因此有必要将坐标轴修改为C3D导出器设置中的兼容约定。对于使用z-up右手惯例(例如Visual3D)的生物力学应用,必须在自定义轴下进行以下更改。
    • Motive中的X轴应配置为正X.
    • Motive中的Y轴应配置为负Z.
    • Motive中的Z轴应配置为正Y.
    这将转换导出数据的坐标轴,使x轴代表前后轴(左/右),y轴代表中间轴(前/后),z轴代表纵轴(上行/下行)。

    CSV导出


    强制板数据和跟踪数据也可以导出为CSV文件。将Take文件导出为CSV文件时。将为每个压板保存单独的CSV文件,它将包含压力数据的力,力矩和中心。可以导入导出的CSV文件进行分析。

    数据流


    要跟踪数据以及压板数据,请打开数据流窗格并检查广播帧数据,并确保您没有通过摄像机网络进行流式传输。从数据流工作流页面了解有关流式传输的更多信息。
    Motive可以使用NatNet Streaming协议将跟踪数据和压板数据流式传输到各种应用程序(包括Matlab)中。从下载中包含的用户指南中了解有关NatNet流媒体的更多信息。