基于MEMS传感器和CVI软件的人体步态监测模块研究

发布时间：2020-04-24 11:51

【摘要】：为了实现对人体步态信息的实时采集,并准确识别人体步态,为研究外骨骼运动规律与控制方式提供步态信息,本文针对人体步态监测方案开展研究。本课题受国家自然科学基金《“一源多驱”式外骨骼刚柔联动控制方法研究》(91748110)资助。使用MEMS传感器建立了采集模块来获取穿戴者步态信息。基于CVI软件,通过数据采集与处理技术开发了上位机实时监测平台;通过对人体步态特征的分析,研究了归一化算法与步态识别方案,用于实现对人体步态的准确识别。本监测模块与某型步态图像识别系统同步进行步态监测试验,获得步态监测数据与归一化处理结果。对比两者试验结果,监测数据基本一致。本监测模块根据步态识别试验与预设方案准确划分了穿戴者各步态阶段。试验结果表明,本监测模块可以有效获取人体步态数据,并准确识别各步态。该模块能够为外骨骼控制方案提供数据基础。归一化算法和步态识别方案对外骨骼识别穿戴者运动意图具有实用意义。
【图文】：

设计了康复型外骨骼［１１１。逡逑二十一世纪初，加州大学伯克利分校人机工程实验室研发出了负重型外骨骼系统［｜２］。逡逑如图１．１所示是第一代ＢＬＥＥＸ外骨骼，该模型进行拟人化的结构设计，采用液压驱动逡逑关节运动，该版本外骨骼体积和重量比较大，每一个运动腿上有复杂的液压驱动模块。逡逑其能够承载７５ｋｇ的负重，适合军队中长途负重行军。ＢＬＥＥＸ具有复杂的传感模块，包逡逑括压力传感器和姿态传感器，能够实时感知该设备的运动状态，通过处理器分析当前步逡逑态特征，来预测穿戴者运动意图。另外，ＢＬＥＥＸ分配给各个关节驱动力，实现外骨骼的逡逑助力和精确控制［｜＞１５］。逡逑ｆ邋Ｉ逡逑图１．１伯克利外骨骼助力机器人逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ邋Ｒｏｂｏｔ邋ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ邋ｂｙ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ邋ｏｆ邋Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ逡逑

邋Ｉ３ＥＴ逡逑１：逡逑图１．３伯克利仿生技术公司外骨骼ｅＬＥＧＳ逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋ｅＬＥＧＳ邋ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ邋ｂｙ邋Ｂｅｒｋｅｌｅｙ邋Ｂｉｏｎｉｃｓ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋Ｃｏ．逡逑另外，比较先进的穿戴设备还有美国东北大学的ＡＫＲＯＤ、ＹｏｂｏｔｉｃｓＩｎｃ．’ｓＲｏｂｏＫｎｅｅ逡逑和ＮＴＵ－ＬＥＥ康复外骨氃，以及以色列ＲｅＷａ］ｋ机械设计制造公司研制的Ｒｅｗａｌｋ外骨骼逡逑ｆ２Ｎ２２］。而且还有一些先进的假肢制造商，像德国的ＯｔｔｏＢｏｃｋ公司％，其研制的膝关节逡逑假肢是当前科技水平较高的康复产品。逡逑（２）国内研究现状逡逑二十一世纪初，我国各大高校对智能下肢外骨骼展开相应课题。浙江大学的刘昊教逡逑授团队设计了一套气动肌肉驱动的下肢外骨骼系统，如图１．４所示，该系统由大腿、逡逑小腿、足部和辅助小车组成，大腿与髋部、大腿和小腿、小腿和足部分别通过一个转动逡逑副形成髋、膝和踝的关节结构。逡逑／逦］逦辅助小车邋这＾广，，，．／逡逑——＼上￣－／邋？逦．良（逡逑
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77

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本文编号：2638931