基于柔性高拉伸传感器的人体运动姿态检测系统研究
发布时间：2020-09-12 13:30
随着科学技术的进步与发展,对人体运动姿态信息的检测与分析是一种已经应用于多个领域且不可或缺的技术。可穿戴设备尤其是柔性可拉伸传感器的迅速发展给人体姿态检测提供了一个全新的解决方案。本文选用具有超高拉伸性能的橡胶聚合物为拉伸基底,炭黑和单壁碳纳米管为导电填料,设计制作了一种用于人体姿态检测的柔性高拉伸传感器。研究导电填料组分配比及不同制备工艺对柔性拉伸传感器拉伸性能和电学性能的影响。对基于炭黑/碳纳米管/橡胶聚合物的柔性高拉伸传感器进行了微观表征与特性分析,研究了柔性高拉伸传感器的静态特性与动态特性。实验结果表明,该柔性高拉伸传感器不仅具有超高的拉伸率,并且具备优异的动态特性,满足人体运动姿态检测的要求。基于所制备的柔性高拉伸传感器,设计了信号采集、处理电路,结合滑动时间窗法对传感器数据进行采样,并对窗口内数据进行人体运动姿态的特征参数提取。利用BP神经网络,建立人体运动姿态特征参数与不同姿态间的映射关系。选取训练样本对该BP神经网络进行训练得到人体姿态分析模型,使用测试样本对该模型进行测试。实验结果显示,该检测系统可以实现对四种不同人体姿态综合86%的正确识别率。验证了制备的基于炭黑/单壁碳纳米管/橡胶聚合物的高拉伸传感器应用于人体姿态检测的可行性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212;TP183
【部分图文】：
图 1.1 基于计算机视觉的人体姿态检测研究现状Fig 1.1 Research status of posture recognition based on computer vision上文所述的是基于视频图像方法的人体运动姿态检测的国内外研究现状获取简单、捕获精度高、实时性强以及可进行多目标捕捉等优点，但视法无法具体表征人体的三维运动细节，并且感知系统很容易受到外界环光照强度以及角度、是否存在遮挡物、捕捉角度等影响，这些问题使得图像方法的人体姿态检测还存在巨大的挑战。另一种就是基于非视觉的利用运动捕获技术，在人体表面，主要是关节部位，分别布置传感器，动时，会带动传感器测量值发生改变，传感器可以根据所测值获取人体回给计算机，这样计算机就可以精确地获得人体在各个时刻的运动姿态，传感器技术得到了飞快的发展，为人体运动姿态检测研究领域提供了的发展思路。Kinect 传感器由美国微软公司于 2010 年推出，目前使用该行人体手脚等动作检测已经取得了相当大的发展[27, 28]。Leap Motion也是感设备，由美国 Leap 公司在 2013 年推出。此外，日本任天党公司也推
合肥工业大学硕士学位论文T）/氨纶织物（PET/SP）传感器制备了一款可穿戴设备，并基人体运动进行检测。加拿大魁北克大学希库提米分校 Brahem等感器，完成了对脚步运动的实时跟踪与检测。湘潭大学黄启友与改进后的算法相结合，提出了一种新型人体姿态检测技术。Gao 等[35]描述了一种基于惯性传感器的人体运动检测系统，根据融合的四元数算法，可以计算出人体臂的三维角度，然后将数重建人类手臂的姿势。中国科学技术大学 FanWei等人[36]使用三肌电传感器对手势进行动态检测。武汉理工大学 MinhuiQi等[3三轴加速度计，磁力计和陀螺仪组成测量单元，基于 Wi-Fi的无用于收集测量单元的所有信息并实时传输到计算机，由四元数法用于通过使用加速度计和磁力计数据来计算陀螺仪测量误差到模拟软件中，以重建人体运动姿势。
图 1.3 柔性拉伸传感器研究现状Fig 1.3 Research status of flexible stretched sensors在国外，日本静冈大学 Katsunori Suzuki 等[40]将毫米长的多壁碳纳WCNT）单向排列，并夹在聚氨酯树脂弹性体层之间制备了一种可拉伸传拉伸到 200%，具有 15 ms 的短传感延迟，应变系数超过 10，由于该装置人体皮肤一样柔软，显示出的灵活性和适应性使该材料非常适用于可穿韩国成均馆大学 Dong Hae Ho 等[52]通过简单的层压工艺，开发了一种透伸的全石墨烯多功能电子皮肤传感器阵列。泰国清迈大学 Sreenikaluru 等[42]在天然橡胶基体中掺入随机分布的多层碳纳米管或石墨片，制246%和620%应变的拉伸传感器，是传统金属应变传感器的约50倍和120国家先进工业科学技术研究所 Takeo Yamada 等[39]报告了一类可拉伸的穿这些器件是由定向排列的单壁碳纳米管薄膜制成的。当纳米管薄膜拉伸间隙和岛状网络时，束状物可以充当桥接间隙的作用，因此该拉伸传感量高达 280%的应变，并且具有高耐用性，快速的响应和低的蠕变。美国
本文编号：2817685
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212;TP183
【部分图文】：
图 1.1 基于计算机视觉的人体姿态检测研究现状Fig 1.1 Research status of posture recognition based on computer vision上文所述的是基于视频图像方法的人体运动姿态检测的国内外研究现状获取简单、捕获精度高、实时性强以及可进行多目标捕捉等优点，但视法无法具体表征人体的三维运动细节，并且感知系统很容易受到外界环光照强度以及角度、是否存在遮挡物、捕捉角度等影响，这些问题使得图像方法的人体姿态检测还存在巨大的挑战。另一种就是基于非视觉的利用运动捕获技术，在人体表面，主要是关节部位，分别布置传感器，动时，会带动传感器测量值发生改变，传感器可以根据所测值获取人体回给计算机，这样计算机就可以精确地获得人体在各个时刻的运动姿态，传感器技术得到了飞快的发展，为人体运动姿态检测研究领域提供了的发展思路。Kinect 传感器由美国微软公司于 2010 年推出，目前使用该行人体手脚等动作检测已经取得了相当大的发展[27, 28]。Leap Motion也是感设备，由美国 Leap 公司在 2013 年推出。此外，日本任天党公司也推
合肥工业大学硕士学位论文T）/氨纶织物（PET/SP）传感器制备了一款可穿戴设备，并基人体运动进行检测。加拿大魁北克大学希库提米分校 Brahem等感器，完成了对脚步运动的实时跟踪与检测。湘潭大学黄启友与改进后的算法相结合，提出了一种新型人体姿态检测技术。Gao 等[35]描述了一种基于惯性传感器的人体运动检测系统，根据融合的四元数算法，可以计算出人体臂的三维角度，然后将数重建人类手臂的姿势。中国科学技术大学 FanWei等人[36]使用三肌电传感器对手势进行动态检测。武汉理工大学 MinhuiQi等[3三轴加速度计，磁力计和陀螺仪组成测量单元，基于 Wi-Fi的无用于收集测量单元的所有信息并实时传输到计算机，由四元数法用于通过使用加速度计和磁力计数据来计算陀螺仪测量误差到模拟软件中，以重建人体运动姿势。
图 1.3 柔性拉伸传感器研究现状Fig 1.3 Research status of flexible stretched sensors在国外，日本静冈大学 Katsunori Suzuki 等[40]将毫米长的多壁碳纳WCNT）单向排列，并夹在聚氨酯树脂弹性体层之间制备了一种可拉伸传拉伸到 200%，具有 15 ms 的短传感延迟，应变系数超过 10，由于该装置人体皮肤一样柔软，显示出的灵活性和适应性使该材料非常适用于可穿韩国成均馆大学 Dong Hae Ho 等[52]通过简单的层压工艺，开发了一种透伸的全石墨烯多功能电子皮肤传感器阵列。泰国清迈大学 Sreenikaluru 等[42]在天然橡胶基体中掺入随机分布的多层碳纳米管或石墨片，制246%和620%应变的拉伸传感器，是传统金属应变传感器的约50倍和120国家先进工业科学技术研究所 Takeo Yamada 等[39]报告了一类可拉伸的穿这些器件是由定向排列的单壁碳纳米管薄膜制成的。当纳米管薄膜拉伸间隙和岛状网络时，束状物可以充当桥接间隙的作用，因此该拉伸传感量高达 280%的应变，并且具有高耐用性，快速的响应和低的蠕变。美国
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 高晶敏;梁菁菁;李春云;;基于RBF神经网络的人体动态姿态识别算法[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2011年04期
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3 谢非;徐贵力;;基于支持向量机的多种人体姿态识别[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年03期
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1 吕品;膨胀型阻燃聚丙烯复合材料制备、性能与机理的研究[D];中国科学技术大学;2008年
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1 王璐;基于无线体域网的人体姿态识别算法研究[D];吉林大学;2016年
2 张佳东;基于MEMS传感器的无线人体姿态识别系统设计及应用[D];电子科技大学;2014年
3 李经玮;基于微型惯性传感器腿部康复动作捕捉系统研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
4 黄启友;基于陀螺仪传感器的一种人机交互技术[D];湘潭大学;2011年
本文编号：2817685
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