基于人体模型的上下楼梯动作的生成与评价

发布时间：2017-10-20 09:00

  本文关键词：基于人体模型的上下楼梯动作的生成与评价

  更多相关文章： 人体模型 Kinect 上下楼梯动作 重复变换法 稳定步态

【摘要】：近年来,老龄化社会进程的加速,使福祉医疗教育的重要性越来越引起社会的关注,对老年人日常生活动作的运动分析正在成为康复医疗教育、研究、临床等融合学科中不可或缺的重要组成部分。上下楼梯是人们典型、常见的动作,由于老年人身体条件,个体的差别和动作的多样性,使人体动作过程试验研究受到很大的限制。建立人体模型,研究其动作生成过程,可以为福祉,康复医疗教育提供依据。具有重要的研究意义。本文考虑人体运动特点和重量分配,建立了仿真模型;基于Kinect对人体上下楼梯过程的关节信息进行动态捕捉,通过捕捉的关节信息,分析老年人和年轻人上下楼梯动作过程的重心变化规律,提出了基于上体重心移动的上下楼梯动作生成算法;通过仿真分析了四种典型模式的下楼梯动作过程,评价了下楼梯过程中各关节的角度变化,力矩变化和稳定性,讨论了楼梯参数变化对机器人各关节的影响。主要内容包括以下部分:1.根据老年人身体特点,建立人体数学模型,讨论了人体模型的运动约束条件,包括地面反作用约束、关节约束和台阶几何约束。基于模型讨论了步态稳定裕度的数学描述方法;2.通过Kinect程序的二次开发,编写人体运动关节数据采集程序;搭建实验平台,对多组研究对象进行上下楼梯动作过程采集实验,动态捕捉上下楼梯过程的关节信息;总结了年轻人、老年人、具有关节障碍老年人的上下楼梯动作特点;3.根据上述实验结果,对人体上下楼梯步态动作进行分析,提出基于重复变换的上体重心移动算法,生成老年人上下楼梯的动作;4.仿真分析了四种典型下楼梯模式的动作:一步一台阶、两步一台阶、手杖辅助模式和减轻患足负担的模式的动作过程。评价了下楼梯过程中人体各关节的角度变化、力矩变化和稳定性,讨论了楼梯参数变化,意外因素等对下楼梯动作的影响。研究结果表明,通过改变下楼梯的方式,可以减轻下楼梯对损伤关节的负担,提高下楼梯动作安全性,实现稳定的下楼梯动作。本研究提出的算法,同样也适用于老年人各种步态的生成,为福祉,康复医疗教育提供理论依据。
【关键词】：人体模型 Kinect 上下楼梯动作 重复变换法 稳定步态
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9;R592
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 上下楼梯动作生成方面11-13
• 1.2.2 人体上下楼梯步态的研究方面13-19
• 1.3 研究目标与研究内容19-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 人体运动模型的建立与稳定性描述22-35
• 2.1 人体运动模型22-28
• 2.1.1 人体(老年人)及其步态研究特点22-23
• 2.1.2 人体运动模型建立23-24
• 2.1.3 基于人体模型的关节运动性能描述24-28
• 2.2 人体模型约束条件28-30
• 2.2.1 地面反作用力约束条件28-29
• 2.2.2 关节约束条件29
• 2.2.3 台阶几何约束29-30
• 2.3 步态稳定性评价与数学描述30-34
• 2.3.1 稳定性评价方法30-32
• 2.3.2 稳定裕度数学描述32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 人体上下楼梯动作实验35-57
• 3.1 实验目的与方法35-36
• 3.2 基于Kinect的数据采集36-41
• 3.2.1 关于Kinect36-37
• 3.2.2 Kinect的人体自遮挡问题37-38
• 3.2.3 程序开发38-41
• 3.3 上下楼梯动作实验41-50
• 3.3.1 实验准备与平台41-43
• 3.3.2 实验图像和数据43-49
• 3.3.3 关节运动参数的采集及处理49-50
• 3.4 老年人上下楼梯实验结果分析50-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 基于上体重心移动的上下楼梯动作的生成57-67
• 4.1 老年人上下楼梯动作分析57-60
• 4.2 基于重复变换的上体重心移动算法60-63
• 4.2.1 关于重复变换60-61
• 4.2.2 重心移动算法61-63
• 4.3 上下楼梯动作生成算法63-66
• 4.3.1 上楼梯动作生成算法63-65
• 4.3.2 下楼梯动作生成算法65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 下楼梯动作仿真事例与稳定性分析67-83
• 5.1 下楼梯动作仿真事例67-74
• 5.1.1 模式1动作仿真67-69
• 5.1.2 模式2动作仿真69-70
• 5.1.3 模式3动作仿真70-73
• 5.1.4 模式4动作仿真73-74
• 5.2 上下楼梯步态稳定性74-76
• 5.3 意外因素的影响分析76-78
• 5.4 台阶参数的影响分析78-79
• 5.5 上下楼梯的安全策略79-82
• 5.6 本章小结82-83
• 总结与展望83-86
• 总结83-84
• 展望84-86
• 参考文献86-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-95
• 附件95

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张薇;运用声学人体模型进行座舱噪声分析[J];航空军医;1998年06期

2 段丽萍;小儿复苏人体模型[J];国外医学.护理学分册;1999年09期

3 贾德林;关于组织等效人体模型的材料和制作[J];中国辐射卫生;1996年04期

4 白翠珍;盖立平;杨光晔;;人体心电图形成原理的模拟设计及研究[J];医疗卫生装备;2007年10期

5 张春红;林大全;;探析我国仿真人体模型中的仿生技术[J];机械;2009年01期

6 梅媛;李映兰;李丽;;人体模型训练在大学生心肺复苏技能培训中的应用效果分析[J];护理研究;2013年01期

7 海峰;;移魂换体[J];科学大观园;2009年06期

8 裴瑶;;非均匀人体模型中有限差分时域固有吸收率(SAR)计算与测量的比较[J];国外医学.生物医学工程分册;1990年02期

9 张居营;徐榭;石成玉;;四维动态数字人体模型的开发及其在放疗计划中评估器官呼吸运动影响的研究[J];中国医学影像技术;2006年09期

10 张三元,孙守迁,蒋方炎,潘云鹤;数字化仿真人体模型的设计方法[J];系统仿真学报;2000年01期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 林大全;王远库;王鹏;;发展仿真人体模型技术，，保障人类的健康与安全——仿真人体模型的过去，现在与未来[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（二）[C];2007年

2 李德坚;闫秀华;;双刚体“晚旋”人体模型的设计制作与初步实验[A];第六届全国运动生物力学学术会议论文摘要汇编[C];1988年

3 闾坚强;;带主动发力的多质量弹簧人体模型及其弹跳的分析[A];第12届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2008年

4 李月凤;王晨光;高强;;基于人机工程学的2D人体模型座椅仿真设计实现[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

5 陈鹏;周前祥;;数字人体模型的工作空间研究[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年

6 薛红军;张炜;张红梅;;虚拟人体模型在人-机-环境系统工程研究中的应用[A];第六届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2003年

7 侯莉莉;杨子田;张文斌;;关于个性化三维人台模型的建立[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年

8 钱凯;于伟东;;人体缩放模型[A];2005现代服装纺织高科技发展研讨会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 本报记者 张海燕;首个数字儿童人体模型正在研发[N];中国质量报;2011年

2 记者 钱铮;日本开发出会“喊疼”的人体模型[N];新华每日电讯;2005年

3 本报记者 王晓雁;来自伦敦的低碳“桃花源”[N];法制日报;2010年

4 编译 子非;欧洲套娃探测太空[N];北京科技报;2004年

5 孙志超 编译;3D印刷:印刷业的新思路[N];中国图书商报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 张殿勇;基于人体模型构建的无标识运动捕捉关键技术研究[D];北京交通大学;2014年

2 黄新;个性化人体模型与肢体协同运动研究[D];东华大学;2012年

3 郁佳荣;基于物理的实时人体皮肤变形[D];浙江大学;2007年

4 胡芝兰;静态图像中基于MF-OAR人体模型的上半身姿势估计[D];清华大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴博;基于人体基本信息的虚拟人实时生成[D];浙江大学;2015年

2 危傲;面向无线体域网的数字化3D人体模型及其简化[D];西安电子科技大学;2014年

3 丁猛;基于人体分割和变形的三维试衣研究[D];浙江理工大学;2016年

4 李素芳;基于WEB的三维服装试穿技术的研究[D];西安工程大学;2015年

5 许长龙;儿童测试假人与人体模型动态响应差异性研究[D];江苏大学;2016年

6 邱俊佳;基于人体模型的上下楼梯动作的生成与评价[D];华南理工大学;2016年

7 梁安慧;变姿态人体模型的电磁剂量学研究[D];西安电子科技大学;2006年

8 王艳淑;基于人机工程学评价与仿真的人体模型建模[D];哈尔滨工程大学;2013年

9 董雪峰;网络环境下试衣人体模型的研究[D];江南大学;2007年

10 高从;虚拟人体模型的重构及动画算法研究[D];浙江大学;2008年

本文编号：1066381