运动生物力学是研究生命体运动的学科,通过生物学与运动力学方法的有机结合,认知运动过程的规律。随着科学技术的日新月异,运动生物力学测量仪器及分析系统越来越多,如表面肌电测试仪、足底压力分布测试仪、光学动态捕捉仪、测力平台、三维影像测试分析系统等。在全身运动测量设备中,三维影像测试分析系统和光学动态捕捉仪最为常用,但基于三维影像的分析系统数据处理方法与用户操作十分复杂,高精度光学动态捕捉设备价格昂贵,低成本设备的测量精度又难以满足用户需求。因此,针对三维影像数据处理复杂、低成本光学设备测量精度低与环境要求高等问题,本文设计一种基于九轴惯性单元(三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁强计)的动作捕捉系统,实现手臂的实时运动测量。主要研究工作如下：(1)构建基于无线WIFI技术的动作捕捉软硬件平台在分析不同惯性传感器特性的基础上,自主设计了融合三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计的九轴惯性测量单元；采用无线WIFI通信技术,解决了安装佩戴繁琐问题,完成了九轴惯性单元数据的异步传输、实时获取的动作捕捉软硬件平台搭建。(2)研究多源数据融合方法,实现单节点惯性测量单元姿态实时解算针对常用九轴惯性测量单元数据姿态解算方法存在的问题,提出了两级扩展卡尔曼滤波算法,简化了计算复杂度；针对惯性单元在快速运动下存在线性运动有害加速度问题,构造了一种自适应加速度误差协方差算子,减小了线性运动加速度对姿态解算的影响。(3)构建手臂模型,实现运动实时捕获结合手臂解剖学结构原理与运动特点,首先构建手臂四个自由度的刚体铰链简化模型,然后研究单个关节运动测量方法,最后研究了两个关节运动的测量方法。在关节测量初始时刻,设计惯性单元与手臂关节之间快速有效的标定方法,补偿了关节与惯性单元之间的初始误差。设计运动过程中肘关节转动中心位置的解算方法,完成肘关节角计算方案。本文构建的手臂动作捕捉系统,在通过与商业动作捕捉系统和临床常用的关节角测量仪器对比,实验结果表明了姿态解算的正确性；通过可视化技术实时将手臂动作还原出来,再次验证了系统的可行性。这些工作也将为日后的全身节点的动作捕捉系统研究和构建打下了坚实的基础。