新型人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量空間與精度研究.pdf

1、隨著科技的迅猛發(fā)展,不論是在醫(yī)療領(lǐng)域還是在體育方面,人們對(duì)人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究越來(lái)越深入。目前,人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量在現(xiàn)代體育、人體康復(fù)醫(yī)療、擬人機(jī)器人、影視動(dòng)畫(huà)制作和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用,因此開(kāi)展人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量的研究具有重要意義。
　　本文提出一種基于拉線并聯(lián)技術(shù)的新型人體運(yùn)動(dòng)位姿測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量人體不同部位和不同關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位置姿、運(yùn)動(dòng)軌跡、位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度等時(shí)空參數(shù)。與現(xiàn)存的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量產(chǎn)品相比

2、,本文提出的測(cè)量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):成本低、數(shù)據(jù)處理量小且處理簡(jiǎn)便、受周圍環(huán)境的干擾影響小、可以很容易地實(shí)現(xiàn)時(shí)捕捉。
　　研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　建立了測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的計(jì)算和采集。采用伺服電機(jī)代替拉線傳感器作為測(cè)量設(shè)備,從而使得拉線上的張力可控,更重要的是使測(cè)量系統(tǒng)不僅具有測(cè)量功能,而且可以把拉線作為主動(dòng)系統(tǒng),使動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)指定運(yùn)動(dòng),這是傳統(tǒng)的拉線測(cè)量系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的。
　　

3、在人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量單元的基本構(gòu)型的基礎(chǔ)上,求解測(cè)量單元的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。采用牛頓-歐拉法對(duì)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得出動(dòng)平臺(tái)所受力及力矩與動(dòng)平臺(tái)加速度及角加速度的關(guān)系。最后依據(jù)動(dòng)力學(xué)方程,并考慮到拉線只能承受單向拉力條件,得出平臺(tái)在給定初始條件下的動(dòng)態(tài)可達(dá)空間。
　　目前,對(duì)基于拉線的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量空間的研究甚少,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量單元測(cè)量空間的計(jì)算,本文進(jìn)行了全面的分析,研究了四個(gè)限制動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的條件,即拉線與拉線之間的干涉、拉

4、線與動(dòng)平臺(tái)的干涉、拉線長(zhǎng)度限制條件和相容性條件,然后利用這四個(gè)限制條件求解動(dòng)平臺(tái)的位置測(cè)量空間和方向測(cè)量空間,實(shí)現(xiàn)測(cè)量單元測(cè)量空間的解算。
　　結(jié)合本文所建立的測(cè)量平臺(tái),詳細(xì)分析了誤差來(lái)源,通過(guò)在繞線滾輪四周加裝滑輪導(dǎo)線裝置,減小了拉線的纏繞誤差。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,通過(guò)數(shù)學(xué)推理得出動(dòng)平臺(tái)位姿誤差與拉線長(zhǎng)度測(cè)量誤差的關(guān)系。
　　利用創(chuàng)建的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn),測(cè)量人體手臂在空間的位置、歐