基于3D打印与光纤光栅传感技术的新型人体姿态识别系统

发布时间：2020-05-28 04:58

【摘要】：在科学技术日益发展的环境下,可穿戴设备依然是目前研究的热点,尤其在人体肢体运动动作的识别与监测方面。将光纤光栅传感技术、3D打印技术及柔性聚乳酸材料结合起来,用于人体肢体动作识别与监测可以充分利用FBG的高精度和高灵敏度、3D打印技术的快速成型及柔性聚乳酸原料的柔韧性、质轻等特点,是一种新型的人体肢体运动监测和识别技术。本文采用光栅传感器为传感材料,柔性聚乳酸材料作为传感材料的基底,由3D打印技术快速成型,并对人体肢体动作识别分析,探究人体运动规律。本课题研究的主要内容可以分为以下几部分:(1)建立基于光纤传感器的可监测系统模型:通过3D打印机将柔性聚乳酸材料打印成所设计的模型,并在打印过程中将光纤传感器嵌入设计的凹槽内完成传感系统,对该传感系统从理论上分析了弯曲角度与波长变化的关系,建立两者的数学方程式,给出弯曲角度与波长变化有线性关系的结果。(2)基于光纤传感器的识别监测系统的实验:通过使测试者实行多次动作实验分析传感系统的可行性。实验结果分析表明,在测试重复动作时,传感器能够很好地响应动作变化,传感器是可重复的;对不同受试者执行相同重复动作的测试结果分析得标准差为0.041nm,表明不同受试者测试结果的离散程度小,对不同受试者间相关性分析,其结果在0.905以上,传感器可靠性好。对于波长变化与不同弯曲角度测试结果,则验证了前一小节给出的理论模型,传感器波长与弯曲角度呈线性关系,其拟合度达到0.987。在弯曲传感器评估结果中,两者从重复性及线性度两方面均表现出了很好的结果。传感器在腿部监测位置的筛选实验结果表明,传感器在腿部内侧和后侧表现出显著地响应信号,由方差分析确定最终监测位置为后侧。(3)分析了人体肢体在不同运动状态、运动程度下的运动规律,并建立了腿部弯曲高度与波长值的回归模型:通过模拟受试者抓握不同直径圆柱体的测量结果表明,随着弯曲直径的增加,三个手指对应的传感器波长变化值逐渐减小,这是直径越大手指弯曲程度越低造成的;且在相同小直径内,食指传感器波长变化值最大,中指传感器波长变化值最小;在6cm时,中指响应比大拇指要高,这可能是由于中指是三指关节而大拇指为两指关节,直径较大时,灵活性不如中指。而在不同运动状态下的测试结果表明,慢走速度越快,传感器波长出现峰值的频率高、峰值变大。在腿部不同运动高度的测试中,分析了传感器对腿部弯曲高度的响应情况,结果表明,随着腿部弯曲高度的增加,传感器波长有逐渐成线性增加的趋势。最后,对腿部弯曲高度与传感器波长变化值进行回归分析,建立回归方程式为y=0.129x-1.096,对回归方程和其系数进行检验,得到显著性的结果,即回归方程有效。可以利用该回归方程对自变量或因变量进行预测。
【图文】：

变化状况,婴儿服,智能

图 1-1 Mimo 智能婴儿服[9]图 1-2 生命衫[10]衫（LifeShirt）[10]是 VivoMetrics 公司开发的具有监测和记录服装。其可时时记录及监测人体的多个生理参数包括心率、呼运动的变化状况。除此之外，，它也可以借助外部仪器测试人数，是一款最早能进行连续及实时监测的对人体无害的监测服

变化状况,生命,婴儿服

图 1-1 Mimo 智能婴儿服[9]图 1-2 生命衫[10]衫（LifeShirt）[10]是 VivoMetrics 公司开发的具有监测和记录服装。其可时时记录及监测人体的多个生理参数包括心率、呼运动的变化状况。除此之外，它也可以借助外部仪器测试人数，是一款最早能进行连续及实时监测的对人体无害的监测服
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TP391.73;TB18

【参考文献】