【摘要】：在非結構化環(huán)境中監(jiān)測人體肢體多自由度靈活運動是一項具有挑戰(zhàn)性的任務,是研究人與假肢、外骨骼等機器人相互耦合作用的關鍵問題,傳統(tǒng)的運動測量方法在順應人體關節(jié)運動和適應不可預測的外部干擾方面受到限制。本文以實時測量下肢關節(jié)的關節(jié)角為目的,提出了一種基于柔性電容傳感器網(wǎng)絡的可穿戴運動測量系統(tǒng),實現(xiàn)了水陸兩棲復雜環(huán)境下的人體運動柔性測量。本文主要內(nèi)容包括:論文首先對測量系統(tǒng)的硬件進行了設計:根據(jù)柔性應變傳感器的應變測量原理選擇了AD7746電容測量芯片,并對基于CAN總線的電容測量和傳輸系統(tǒng)進行了開發(fā)。然后完成了測量系統(tǒng)的軟件部分:主要包括AD7746驅動和量程擴大算法等下位機程序設計,并基于C#設計了能夠讀取電容信號并進行實時繪圖的上位機。接著,探究了該系統(tǒng)在人體下肢運動測量的應用:通過Vicon對柔性測量系統(tǒng)進行標定而建立了電容-關節(jié)角模型,下肢各關節(jié)測量絕對誤差在16度以內(nèi);基于得到的電容-關節(jié)角模型,通過引入Unity3D游戲引擎,實現(xiàn)了可用于AR/VR領域的具有實時模擬人體下肢運動的可視化程序。最后在人體運動意圖識別領域應用了柔性測量系統(tǒng):使用邏輯回歸算法分別對人體陸上(平地行走、上樓梯、下樓梯和上下蹲)及水下(行走、自由泳和蛙泳)的多種運動模式進行了識別,識別率達到97%以上。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TP242
【圖文】：

有標識點運動測量系統(tǒng)技術原理，本文可把有標識點測量系統(tǒng)分為光學式和非光學式。其中非類多，又可以細分為機械式、慣性式、電磁式和聲學式等[20]。的光學運動捕捉系統(tǒng)使用部署在場地周圍的多個深度相機來捕捉位于的被動式的紅外反射點或者主動式的 LED 發(fā)光點，然后利用內(nèi)置的算運動過程中關鍵點的空間位置，從而得到人體的運動姿態(tài)[21]，如圖 1統(tǒng)廣泛應用于生機電、運動表演和步態(tài)分析領域，是運動捕捉系統(tǒng)中最化領域內(nèi)最出名的有來自英國的 Vicon、美國的 MotionAnalysis 及 Opti國內(nèi)的有東方新銳系統(tǒng)[23]。雖然光學運動捕捉系統(tǒng)因其測量結果的高人體運動測量的基準測試系統(tǒng)，但其操作步驟繁瑣、成本高并只能在固，無法為外骨骼提供實時信息。與此同時，反射點在運動過程中容易被的后期處理和測量結果的不準確性。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文捕捉系統(tǒng)需要被試穿上外骨骼，通過直接使用電阻的方法來測量關節(jié)角[20]。雖然現(xiàn)代化的機械式系統(tǒng)已經(jīng)有了很大的改進，如 Measurand 公司的 ShapeWrap 動作捕捉系統(tǒng)[26]，如圖 1.2 所示，但該方法對實驗人員運動有干擾，特別是在高速運動情況下無法準確測量人體運動。

圖 1.3 慣性運動測量系統(tǒng) Xsens Moven電磁性運動捕捉系統(tǒng)，如 MotionStar 能夠同時捕捉多人運動的并提供較高率，而不用擔心遮擋和光線問題，如圖 1.4 所示。電磁性系統(tǒng)主要通過使用磁場或者大線圈產(chǎn)生的磁場）來探測標記點的位置和方向，但價格昂貴并且大，另一方面系統(tǒng)容易受金屬物品干擾而只能應用于指定環(huán)境[33]。Aubrnie 等人將該系統(tǒng)用于評價計算機輔助聯(lián)合運動檢查對神經(jīng)介入手術后對背式的影響[34,35]。

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 梁清華;動態(tài)藝術數(shù)字化中的運動捕捉關鍵技術研究[D];北京交通大學;2016年

相關碩士學位論文 前1條

1 陳曉;可穿戴運動捕捉系統(tǒng)研究[D];西安工程大學;2018年

本文編號：2763672