人体多关节运动信息的实时获取

摘要

根据人体步态分析需求，本文设计并制作了多关节运动信息和多路足底压力的获取装置。运动信息获取装置以惯性传感器为核心，足底压力获取装置以空气压力传感器为核心。研究结果可为临床医学研究提供分析工具和实验数据，还可应用于生物力学、康复医疗、体育训练等诸多领域。主要研究的主要内容如下:
　　 首先介绍了惯性传感器（微机械加速度计和微机械陀螺仪）的原理，以及运动信息装置的整体结构。该装置采用模块化设计，集成了惯性传感器、数据转换模块、无线ZigBee传输模块。采用IIC多路复用器同步获取人体多关节信息，由C8051F310负责IIC读写，并将数据通过RS-485总线传递给ZigBee模块。上位机接收到采集的数据，实时显示加速度和角速率信号。
　　 足底压力获取装置采用MSP430单片机，多通道采集人体步态行走时的足底压力，装置分为数据采集和数据通讯两部分。采集部分的前端共有4个通道，均由空气压力传感器和电压缩放电路组成。通讯部分包括了串口通讯、无线收发模块等，与运动信息获取装置的数据发送方案一致。在上位机中用Visual C++编写程序实时显示足底压力曲线。
　　 用可充电锂电池给两个装置供电，采集部分与被试者固定，使被试者能在一定范围内自由运动，采用无线模块将运动数据发送给上位机并实时显示，实现了装置的便携化。
　　 本文的研究可在各种现场环境下获取步态信息，服务于人体健康检测和机器人关节控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究的背景和意义

1．2 步态测量的国内外发展历史

1．3 足底压力测量的国内外发展历史

1．4 本文研究的主要内容

第2章 人体运动信息获取装置的原理

2．1 微机械加速度计原理

2．2 微机械陀螺仪原理

2．3 足底压力测量原理

2．4 本章小结

第3章 运动信息获取装置之一：关节角度

3．1 关节角度获取装置的整体方案

3．2 加速度计与陀螺仪

3．3 数据转换

3．4 数据传输

3．5 供电电路

3．6 本章小结

第4章 运动信息获取装置之二：足底压力

4．1 足底压力获取装置的整体方案

4．2 空气压力传感器

4．3 电压放大电路

4．4 数据采集与传输

4．5 本章小结

第5章 人体多关节运动信息处理

5．1 多关节运动信息的处理

5．2 足底压力信息的处理

5．3 系统软硬件调试

5．4 本章小结

第6章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 前景展望

参考文献

致谢