新型人體運動測量系統(tǒng)測量空間與精度研究.pdf

1、隨著科技的迅猛發(fā)展,不論是在醫(yī)療領域還是在體育方面,人們對人體運動規(guī)律的研究越來越深入。目前,人體運動測量在現(xiàn)代體育、人體康復醫(yī)療、擬人機器人、影視動畫制作和虛擬現(xiàn)實等領域有著重要的應用,因此開展人體運動測量的研究具有重要意義。
　　本文提出一種基于拉線并聯(lián)技術的新型人體運動位姿測量系統(tǒng)用于測量人體不同部位和不同關節(jié)在運動過程中的位置姿、運動軌跡、位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度等時空參數(shù)。與現(xiàn)存的人體運動測量產(chǎn)品相比

2、,本文提出的測量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:成本低、數(shù)據(jù)處理量小且處理簡便、受周圍環(huán)境的干擾影響小、可以很容易地實現(xiàn)時捕捉。
　　研究內容和創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　建立了測量系統(tǒng)的軟硬件平臺,實現(xiàn)對人體運動數(shù)據(jù)的計算和采集。采用伺服電機代替拉線傳感器作為測量設備,從而使得拉線上的張力可控,更重要的是使測量系統(tǒng)不僅具有測量功能,而且可以把拉線作為主動系統(tǒng),使動平臺實現(xiàn)指定運動,這是傳統(tǒng)的拉線測量系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的。
　　

3、在人體運動測量單元的基本構型的基礎上,求解測量單元的運動學和動力學問題。采用牛頓-歐拉法對動平臺進行動力學分析,得出動平臺所受力及力矩與動平臺加速度及角加速度的關系。最后依據(jù)動力學方程,并考慮到拉線只能承受單向拉力條件,得出平臺在給定初始條件下的動態(tài)可達空間。
　　目前,對基于拉線的測量系統(tǒng)測量空間的研究甚少,為了實現(xiàn)對人體運動測量單元測量空間的計算,本文進行了全面的分析,研究了四個限制動平臺運動的條件,即拉線與拉線之間的干涉、拉

4、線與動平臺的干涉、拉線長度限制條件和相容性條件,然后利用這四個限制條件求解動平臺的位置測量空間和方向測量空間,實現(xiàn)測量單元測量空間的解算。
　　結合本文所建立的測量平臺,詳細分析了誤差來源,通過在繞線滾輪四周加裝滑輪導線裝置,減小了拉線的纏繞誤差。利用統(tǒng)計學的方法對測量誤差進行了數(shù)學建模,通過數(shù)學推理得出動平臺位姿誤差與拉線長度測量誤差的關系。
　　利用創(chuàng)建的人體運動測量系統(tǒng)進行人體運動測量實驗,測量人體手臂在空間的位置、歐