基于惯性测量单元的上肢位置跟踪技术研究

发布时间：2021-01-31 10:42

　　脑卒中又称中风,近年来,其发病率逐渐升高,且患者多以肢体偏瘫的形式出现,其中上肢偏瘫占了很大一部分。康复训练可以一定程度上减缓患者的病情,传统的康复训练过分依赖康复医生的指导。近年来,辅助康复训练方法得到很大的发展,包括基于机械、光学、电磁、声波和视频原理的运动跟踪系统。但这些系统存在安装成本高,对患者训练动作有限制以及价格昂贵等缺陷,且精度都有待提高。MEMS技术的全面发展极大的推动了惯性传感技术的进步,以基于MEMS技术的惯性测量单元为传感器的惯性导航式跟踪系统被更多应用在人体康复领域。惯性测量单元具有短时定位精度高、体积小、质量轻、对患者的动作限制少、成本低等优势。基于此,本文拟设计一种基于惯性测量单元的上肢位置跟踪方案,记录患者康复训练时上肢运动的速度、位置、姿态等信息,并根据标准康复训练的要求对患者的训练进行指导和纠正。惯性测量单元在长时间导航的情况下,漂移误差逐渐累积,定位精度急剧下降,针对此特点,本文主要开展了以下研究工作以提高系统精度:1.设计了捷联惯导算法,采用四元数算法进行姿态更新,同时根据坐标系转换关系将加速度信息转换到载体坐标系,积分进一步得到目标的速度、位置等... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）MEMS加速度计（b）MEMS陀螺仪

图 2-1 机械平台式惯性导航系统原理图第二类：捷联式惯性导航系统，图 2-2 为其工作原理示意图。与平台式惯航系统中加速度计和陀螺仪安装在机械平台上不同，捷联式惯性导航系统中敏感器件是直接安装在载体上的，因此系统所测得的加速度信息是基于载体系的，需要通过角速度信息计算出载体坐标系与导航坐标系之间的转换关系通过该关系将加速度信息转换到导航坐标系中，并完成接下来的导航解算[图 2-2 捷联式惯性导航系统原理图

图 2-1 机械平台式惯性导航系统原理图第二类：捷联式惯性导航系统，图 2-2 为其工作原理示意图。与平台式惯性导航系统中加速度计和陀螺仪安装在机械平台上不同，捷联式惯性导航系统中惯性敏感器件是直接安装在载体上的，因此系统所测得的加速度信息是基于载体坐标系的，需要通过角速度信息计算出载体坐标系与导航坐标系之间的转换关系，并通过该关系将加速度信息转换到导航坐标系中，并完成接下来的导航解算[23]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]足部安装MEMS-IMU个人导航系统[J]. 王立兵,杨松普,罗巍,皮燕燕.  中国惯性技术学报. 2016(04)
[2]足绑式行人导航偏航角误差自观测算法（英文）[J]. 张新喜,张嵘,郭美凤,宓璐娜,宋明亮,张永健.  中国惯性技术学报. 2015(04)
[3]低成本车载MEMS惯导导航定位方法[J]. 李博文,姚丹亚.  中国惯性技术学报. 2014(06)
[4]固定区间平滑算法及其在组合导航系统中的应用[J]. 宫晓琳,张蓉,房建成.  中国惯性技术学报. 2012(06)
[5]MEMS陀螺仪零位误差分析与处理[J]. 陈旭光,杨平,陈意.  传感技术学报. 2012(05)
[6]惯性定位系统阻尼零速修正方法[J]. 谢波,秦永元,万彦辉.  火力与指挥控制. 2011(09)
[7]捷联惯导系统姿态算法比较[J]. 孙丽,秦永元.  中国惯性技术学报. 2006(03)
[8]R-T-S平滑算法在捷联惯性异航系统初始对准精度事后评估中的应用[J]. 杨艳娟,金志华,田蔚风,钱峰.  上海交通大学学报. 2004(10)
[9]三维转动的四元数表述[J]. 刘俊峰.  大学物理. 2004(04)

博士论文
[1]基于视频的人体运动跟踪与重构方法研究[D]. 陈姝.中南大学 2008

硕士论文
[1]基于惯性跟踪的手臂运动及脑波一致性分析[D]. 朱文娟.燕山大学 2016
[2]基于MEMS传感器的高精度行人导航算法研究[D]. 杨辉.厦门大学 2014
[3]基于运动传感的个人导航系统及算法研究[D]. 齐保振.浙江大学 2013
[4]惯性运动捕捉系统中传感数据的传输与处理[D]. 容志能.浙江大学 2012



本文编号：3010708