人体重量一维分布识别系统研究

摘要

本课题来源于国家体育总局项目“国家体育攻关课题2011B045”。人体重量一维分布识别系统,主要由称床、数码相机、系统软件、微机及电子称组成。其识别方法是:将人体简化为铰杆系统,在此基础上建立与人体总重静力等效的沿长度方向的集中重力分布模式和重力密度分布模式,进而建立起识别方程和模式转换方程,人体只需要在称床上按规定顺序摆出规定的姿态,通过数码相机和电子称分别对每个姿态对应的几何参数和力学参数进行采集并输入微机,应用识别方程、模式转换方程和调参法就可求解出人体重量沿身高方向的一维分布。但是,由于人体各环节质量差距很大,姿态参数采集时,就需要大量程的力传感器进行测量,这就要求力传感器的精度要相当高,如何保证大量程力矩测量精度成为人体重量一维分布识别系统的核心。
　　参考前人对人体及其环节惯性参数的测量原理和方法的研究,我们基于一维平衡板测量人体总重心的测量方法上对测量装置进行改进,把原有单一力的测量转换成长度和小量程高精度力值的测量,设计了新的测量装置,使得不仅能够进行大量程的力矩测量,而且能够提高原来的识别精度。本文主要研究如下:
　　①介绍了国内外关于人体及其环节惯性参数的研究现状,探讨了目前人体环节惯性参数的研究新思路。阐述了人体环节惯性参数研究的方法以及获取人体环节惯性参数的实验方法。
　　②人体重量一维分布识别原理的介绍,人体重量一维分布测量装置的设计以及装置中步进电机、力传感器、传动装置、数据采集模块等硬件设施的选择。
　　③开发了人体重量一维分布识别系统软件,该系统软件是基于windows平台的应用软件,不仅能够实现对步进电机的自动控制和人体姿态的摄像定位,而且能够进行数据的实时采集,数据的存储、数据处理及显示。测试软件采用模块化设计,主要分为数据采集模块、数据分析模块、人体环节参数模块、数据显示模块以及基于雷赛控制卡的步进电机驱动模块。使得系统的一体化程度更高、可操控性更好。
　　④进行实验验证,实验分为标准质量块测试和人体假人当量模型测试,因为人体重量一维分布测试系统的力传感器部分精度,是我们进行环节质量测量的前提,所以标准质量块测试就是为了验证力传感器的识别精度;人体假人模型的测量,是为了验证整个系统的精度。最后对系统进行整体评估。