基于惯性传感器的偏瘫康复监测系统的研究

发布时间：2017-07-20 20:16

  本文关键词：基于惯性传感器的偏瘫康复监测系统的研究

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【摘要】：偏瘫是一种常见的脑卒中后遗症,偏瘫患者在患有肢体运动障碍的同时,常常伴有轻微的感觉、语言、认知等方面的障碍。目前的偏瘫康复训练主要以医师协助训练及机械式的康复器械为主,忽略了在协助训练之余,偏瘫患者的自助康复训练过程。随着MEMS传感器技术的日渐成熟,惯性捕捉技术越来越多的应用于人们的日常生活中。本文结合偏瘫患者自主康复训练过程及惯性传感器技术,提出了一种基于惯性传感器的偏瘫患者运动康复过程的跟踪与评价的新方法,主要应用于痉挛减轻阶段偏瘫患者的自主康复过程的姿态跟踪及运动能力的评定。具体的设计方案主要包括以下几个方面。首先,研究本文课题的国内外发展现状及背景意义,确定本课题研究的可行性。从整体上设计了研究课题的结构和框架,设计了基于MSP430单片机的IMU姿态测量单元,将偏瘫患者自主康复训练的相关理论与惯性导航的具体实践相结合,搭建实验系统平台。其次,本文选取多组常见的偏瘫康复训练动作,对患者进行相应的运动监测。根据不同动作构建了相应的运动模型,提出相应的解算方法,并进行完整度评价。在数据融合过程中,结合传统的Kalman滤波器以及具体的运动模型,提出了基于平面约束的捷联算法,优化了数据融合算法,提高了精度。再次,根据传统的传感器误差模型,在传统的静态修正算法基础上引入人工鱼群智能算法,该方法避免了复杂数学模型的解算过程,并对整个采样过程进行了简化,使算法更适用于嵌入式系统。最后,对本文所提出的算法进行了实验分析。首先针对多组动作基于传统Kalman以及平面约束捷联算法进行了对比分析,确定了所提出算法的有效性。其次,模拟肩关节和肘关节的运动轨迹,计算评价角度,最终给出所选动作的完整度评价。
【关键词】：偏瘫 运动捕捉 平面约束 Kalman滤波 人工鱼群算法
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R743.3;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 惯性运动捕捉技术研究现状11-14
• 1.2.2 偏瘫康复器械研究现状14-17
• 1.3 本文章节安排17-18
• 第2章 上肢运动模型构建及捷联惯导原理18-35
• 2.1 上肢运动模型构建18-23
• 2.1.1 坐标轴定义18-20
• 2.1.2 欧拉角及转换矩阵20-21
• 2.1.3 模型构建及分析21-23
• 2.2 捷联惯性导航原理23-34
• 2.2.1 欧拉角解算23-26
• 2.2.2 离散Kalman滤波器介绍26-29
• 2.2.3 位置解算29-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 偏瘫康复监测系统结构设计35-41
• 3.1 偏瘫康复监测系统整体结构35-36
• 3.2 上位机界面显示36-38
• 3.3 IMU惯性测量模块设计38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 基于平面约束的KALMAN滤波设计及实验分析41-64
• 4.1 传感器静态修正42-47
• 4.1.1 人工鱼群智能算法42-43
• 4.1.2 加速度计静态修正43-45
• 4.1.3 磁力计静态修正45-47
• 4.2 基于面约束的捷联算法47-50
• 4.3 KALMAN解算设计50-54
• 4.3.1 加速度计Kalman滤波51-53
• 4.3.2 磁力计Kalman滤波53-54
• 4.4 实验设计及分析54-63
• 4.4.1 手臂屈伸动作实验56-58
• 4.4.2 抬臂动作实验58-60
• 4.4.3 平面三角形组合动作实验60-63
• 4.4.4 实验分析63
• 4.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72-73
• 作者简介73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 黄光球;陆秋琴;刘冠;;基于鱼群算法的通风巷道漏风点辨识方法研究[J];系统仿真学报;2007年12期

2 任春华;陈灿;王满喜;路永乐;黎蕾蕾;;一种惯性测量与距离组合的定位修正方法研究[J];仪器仪表学报;2013年11期

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本文编号：569809