This course focuses on the significance of joint kinematics monitoring and analysis in daily living and tele-rehabilitation/telemonitoring. It covers the essentials of wearable instrumentation, particularly magnetic and inertial measurement units (MIMU), exploring their characteristics, working principles, and calibration. The course delves into orientation estimation, including sensor fusion techniques like Kalman and complementary filters, emphasizing parameter tuning and performance evaluation. Students will engage in project work to apply these concepts practically. The course further addresses single body and multibody kinematics, providing insights into velocity, displacement, and joint angle estimation. Through case studies and project applications, participants will gain hands-on experience in using MIMU signals for kinematic analysis, preparing them for advanced research and practical applications in tele-rehabilitation.

Fondamenti di meccanica del corpo rigido, algebra lineare e programmazione.

Introduzione (1h): Importanza dell'analisi del monitoraggio del movimento durante la vita quotidiana delle persone e il ruolo della cinematica articolare nella tele-riabilitazione. Panoramica del corso. Strumentazione indossabile (2h): Unità magneto-inerziale (MIMU) – introduzione, principali caratteristiche, principi di funzionamento, principali problematiche e disturbi. Focus sui segnali:principi di funzionamento, equazioni e caratteristiche principali dei segnali magneto-inerziali. Calibrazione di accelerometro, giroscopio e magnetometro. Dimostrazione pratica di come calibrare una MIMU. Stima dell'orientamento (8h): Introduzione: l'orientamento come passo intermedio fondamentale per stimare sia la cinematica lineare che angolare. Revisione delle conoscenze di base per la rappresentazione dell'orientamento (angoli di Eulero, matrici e quaternioni). Stima dell'orientamento utilizzando una MIMU: principi di sensor fusion e come sfruttare le informazioni complementari di accelerometro, giroscopio e magnetometro. Sensor fusion: filtri di Kalman e filtri complementari. Introduzione e applicazione utilizzando i segnali della MIMU (caso 9DoF). Importanza del setting e fine tuning dei parametri. Valutazione delle prestazioni di un filtro di sensor fusion. Come effettuare un confronto equo tra diversi filtri di sensor fusion. Caso di studio: come stimare l'orientamento utilizzando solo giroscopio e accelerometro (caso 6DoF). Differenze e limitazioni rispetto al caso 9DoF. Project work: ogni gruppo stimerà l'orientamento utilizzando due diversi filtri di sensor fusion su un dataset fornito e ne confronta le prestazioni. Cinematica del singolo corpo (2h): Cinematica di un singolo corpo, dai segnali MIMU alla velocità lineare e spostamento. Revisione delle conoscenze di base e applicazione utilizzando i segnali MIMU. Analisi dei fattori cruciali, principali limitazioni e soluzioni pratiche. Esempi di applicazioni nei progetti finanziati. Cinematica multibody (7h): Cinematica articolare multibody, dall'orientamento agli angoli articolari. Revisione delle conoscenze di base. Definizione del sistema di coordinate articolari. Decomposizione dell'orientamento relativo lungo l'asse o gli assi articolari di interesse. Caso di studio: cinematica multibody senza magnetometro (caso 6DoF). Differenze e limitazioni rispetto al caso 9DoF. Importanza di effettuare una valida validazione degli angoli articolari stimati. Esempi di applicazioni nei progetti finanziati. Project work: ogni gruppo stimera` gli angoli articolari su un dataset fornito registrato durante un esercizio di riabilitazione.

In presenza

Presentazione orale - Presentazione report scritto - Prova di laboratorio di natura pratica sperimentale o informatico - Sviluppo di project work in team

P.D.1-1 - Gennaio

IL CORSO VERRà EROGATO NEI MESI DI SETTEMBRE/OTTOBRE 2025 CON CALENDARIO DA DEFINIRE.