用于監(jiān)測人體軀干運動的可穿戴傳感系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、人體軀干運動學研究有著重要的社會價值和經(jīng)濟價值。目前，可穿戴設備被廣泛應用在這個領域，但此類研究對可穿戴設備的外觀和功能有著特殊的需求。據(jù)此，本文主要介紹了一套針對監(jiān)測人體軀干運動而設計的可穿戴傳感系統(tǒng)的開發(fā)過程。首先根據(jù)人體運動學原理建立了人體軀干運動模型，規(guī)范了使用單個傳感設備測量人體軀干搖擺角的實驗方案；之后設計了可穿戴系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，并提出了一種多傳感器融合算法估算人體軀干搖擺角；最后設計實驗對系統(tǒng)的實用性和算法的精度進行

2、驗證。
　　通過建立人體軀干模型，研究并優(yōu)化了傳感器在人體的貼布方案，并借助光學運動捕捉系統(tǒng)對貼布方案進行測試。結果表明，站立時，單個傳感器貼放在背側T7至T8胸椎處可以得到軀干搖擺角的最佳估計值(誤差為0.54度)；行走時，最佳貼放位置為背側T9至T10胸椎處(誤差為1.02度)。測試結果為可穿戴傳感系統(tǒng)的標定提供了依據(jù)。
　　設計并完成了可穿戴傳感系統(tǒng)的硬件模塊和用戶界面。設備的尺寸為22.5mm x20.5mm x14

3、.9mm，采用硅橡膠封裝，具有多傳感器數(shù)據(jù)采集功能和無線傳輸功能，有效通信距離3米，連續(xù)工作時間大于一小時。用戶界面包含實時接收、處理、儲存和以圖像的形式展示數(shù)據(jù)的功能。
　　融合算法基于卡爾曼濾波器原理。設計運動學實驗對算法精度進行驗證。實驗結果表明，算法在站立測試和行走測試中誤差分別為1.33度和1.81度，小于2度的期望誤差。
　　本研究證明新的可穿戴傳感系統(tǒng)已滿足各項設計需求，可以應用到實際應用中，同時為人體運動學研