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基于电磁跟踪系统人体上肢运动测量

作　者: 姜明涛
导　师: 张建国
学　校: 天津科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 生物力学人体上肢仿生机构电磁跟踪传感器
分类号: R319
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 98次
引　用: 1次
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内容摘要

人体运动的测量与分析具有十分重要的意义,广泛应用在康复工程、体育领域、人机工程、临床诊断、仿生机构、计算机图形学等领域。本文以Polhemus公司的六自由度电磁跟踪系统为基础,建立了基于电磁跟踪系统的人体上肢运动测量分析系统。本文首先论述了人体运动测量分析的意义和方法,介绍了常用的几种人体运动跟踪检测方法。根据人体上肢的生理结构特点和运动特点,忽略肢体间的弹性变形,在刚体范畴内建立了三刚体七自由度的人体上肢运动学模型,用上肢的关节角度来描述上肢的运动状态。接着对电磁跟踪系统利用传感器进行运动跟踪的原理、方法等相关的问题进行了论述。电磁跟踪系统输出的是传感器坐标系在发射源坐标系下的坐标和姿态,本文以电磁跟踪系统给出的数据为基础,根据逆向运动学、刚体动力学的相关理论,提出了一套利用电磁跟踪系统得到的初始数据计算上肢关节运动参数的算法。该算法可以利用附着在上肢上的传感器的位置和姿态数据计算出上肢在运动过程中各个关节转角的变化情况,并使用Visual C++编写程序实现了该算法。最后用实验验证了算法和程序的正确性。并利用该实验方法对人体上肢在日常活动中的运动进行了测量实验。实验表明,基于电磁跟踪系统的上肢运动测量系统可以用于日常活动的测量,是一种方便快捷的测量方法。

全文目录

第一章绪论  6-12
  1.1 人体运动研究的意义和应用领域  6-8
  1.2 人体运动研究的发展历史  8-9
  1.3 国内外的研究现状  9-10
  1.4 本论文的主要内容  10-12
第二章人体上肢描述和人体测量知识  12-22
  2.1 人体上肢的解剖生理学结构  12-17
    2.1.1 解剖学方位和术语  12-13
    2.1.2 关节的运动  13-15
    2.1.3 人体上肢骨简介  15-17
      2.1.3.1 上肢带骨及其连结  15
      2.1.3.2 自由上肢骨及其连结  15-17
  2.2 人体测量的基本知识  17-19
  2.3 人体上肢的常用模型  19-22
第三章电磁跟踪系统  22-34
  3.1 电磁跟踪系统的产生背景  22-24
  3.2 电磁跟踪系统的基本组成  24-25
  3.3 电磁跟踪系统的基本原理  25-34
    3.3.1 直流式电磁跟踪的原理  25-32
      3.3.1.1 定位算法  26-29
      3.3.1.2 方位数据的求解  29-31
      3.3.1.3 六自由度直流电磁跟踪系统的设计  31-32
    3.3.2 交流式电磁跟踪的原理  32-34
第四章基于电磁跟踪系统的人体上肢运动测量  34-49
  4.1 人体上肢运动模型的建立  34-36
  4.2 上肢坐标系的建立和关节转角计算的一般方法  36-42
  4.3 基于电磁跟踪系统的上肢运动参数求解算法  42-49
    4.3.1 传感器的布置  42-43
    4.3.2 辅助确定关节坐标系的标志点  43-44
    4.3.3 各关节旋转中心的确定  44
    4.3.4 各关节坐标系的建立  44-45
    4.3.5 传感器坐标系和对应关节坐标系的关系  45-46
    4.3.6 旋转矩阵的计算方法  46-47
    4.3.7 关节转角计算  47-49
第五章上肢运动分析程序  49-56
  5.1 编程语言介绍  49
  5.2 程序的思路  49-50
  5.3 实验数据的采集  50-51
  5.4 程序的操作界面  51-56
第六章算法验证和人体上肢运动测量实验  56-69
  6.1 算法及程序的验证实验  56-60
    6.1.1 实验方法  56-58
    6.1.2 验证实验和结果  58-60
  6.2 ADL介绍及上肢基本动作的提取  60-61
  6.3 上肢日常活动测量实验  61-69
    6.3.1 测量系统与实验准备  61-62
    6.3.2 实验过程及结果  62-69
结论及展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74

基于电磁跟踪系统人体上肢运动测量

内容摘要

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