基于光學(xué)和慣性跟蹤數(shù)據(jù)融合的上肢運動測量技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、人體上肢運動測量技術(shù)在臨床診斷、康復(fù)工程、體育訓(xùn)練和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前主流的人體運動測量技術(shù)主要有機械式、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)測量設(shè)備價格昂貴，低成本設(shè)備的測量精度又難以滿足用戶的要求。在此背景下，本文針對目前低成本的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行人體運動測量時精度較低，數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜、當(dāng)標(biāo)記點混淆或被遮擋時需要人工后處理等問題，提出了一種基于數(shù)據(jù)融合的人體運動測量方案，并

2、將其運用于外骨骼康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，主要研究工作如下:
　　1.根據(jù)人體上肢的運動特點和人體建模的原則，建立了上肢四自由度簡化模型，并運用D-H參數(shù)方法對模型進(jìn)行參數(shù)化，建立其運動學(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)實工具箱建立了人體的虛擬現(xiàn)實模型。
　　2.針對光學(xué)跟蹤系統(tǒng)測量在某些區(qū)域測量精度較低、光標(biāo)被遮擋時無法測量等問題，提出基于光學(xué)和慣性跟蹤數(shù)據(jù)融合的測量方案，采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行預(yù)測和補償。搭

3、建了實驗平臺，設(shè)計并完成多組數(shù)據(jù)融合實驗，包括光學(xué)標(biāo)記點被遮擋和無遮擋等情況下的實驗，驗證了融合算法的正確性，提高了測量精度和可靠性。
　　3.將論文所提出的人體運動測量方法應(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，搭建了系統(tǒng)的軟硬件平臺并進(jìn)行了一系列實驗，包括系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實仿真實驗和樣機實驗，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r測量人體上肢的運動信息并控制外骨骼完成相同的動作，從而驗證了系統(tǒng)方案的可行性。
　　本文探索了