基于光學(xué)和慣性跟蹤數(shù)據(jù)融合的上肢運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、人體上肢運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)在臨床診斷、康復(fù)工程、體育訓(xùn)練和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前主流的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)主要有機(jī)械式、電磁式、視頻式、光學(xué)跟蹤式和慣性跟蹤式5大類。其中光學(xué)式最為常用，但高精度的光學(xué)測(cè)量設(shè)備價(jià)格昂貴，低成本設(shè)備的測(cè)量精度又難以滿足用戶的要求。在此背景下，本文針對(duì)目前低成本的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量時(shí)精度較低，數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜、當(dāng)標(biāo)記點(diǎn)混淆或被遮擋時(shí)需要人工后處理等問題，提出了一種基于數(shù)據(jù)融合的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量方案，并

2、將其運(yùn)用于外骨骼康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，主要研究工作如下:
　　1.根據(jù)人體上肢的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和人體建模的原則，建立了上肢四自由度簡(jiǎn)化模型，并運(yùn)用D-H參數(shù)方法對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)化，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，完成了上肢關(guān)節(jié)角度解算方案，并利用MATLAB虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱建立了人體的虛擬現(xiàn)實(shí)模型。
　　2.針對(duì)光學(xué)跟蹤系統(tǒng)測(cè)量在某些區(qū)域測(cè)量精度較低、光標(biāo)被遮擋時(shí)無法測(cè)量等問題，提出基于光學(xué)和慣性跟蹤數(shù)據(jù)融合的測(cè)量方案，采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償。搭

3、建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并完成多組數(shù)據(jù)融合實(shí)驗(yàn)，包括光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)被遮擋和無遮擋等情況下的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了融合算法的正確性，提高了測(cè)量精度和可靠性。
　　3.將論文所提出的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法應(yīng)用于外骨骼康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)，搭建了系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，包括系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量人體上肢的運(yùn)動(dòng)信息并控制外骨骼完成相同的動(dòng)作，從而驗(yàn)證了系統(tǒng)方案的可行性。
　　本文探索了