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基于Simmechanics的人体下肢虚拟现实仿真研究

作　者: 王培培
导　师: 王喜太
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 人体下肢 建模 虚拟现实 仿真 运动学分析 隐马尔科夫模型 D-S证据理论
分类号: R318.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


智能假肢的研究在国外已开展多年，随着近年来残疾人数量不断上升，我国对这一产品的需求正不断增大，相关研究也不断深入。研究人员需要首先识别出穿戴者行走步态然后才能结合人体运动规律采取适当的控制方法，然而识别的过程繁琐、结论通常也是抽象难懂，因此本文的任务是建立人体下肢模型，要求该模型既能像数学模型一样将真实下肢的特征以某种形式表示出来，又能被实际测得或其他途径获取的数据驱动运动，得到相应的运动学或动力学信息，同时易于演示。为此，本文主要做了以下几方面工作：从建模手段入手，为选择合适的软件，搜集整理了常用建模软件的适用范围和特点等对比分析，说明从中选取Simmechanics的理由，在此基础上根据简化后的下肢模型、以测试对象的数据为依托开展建模工作，利用多种路况下的实测数据验证模型运动的正确性，对其输出运动学结果进行分析。为使模型运动更加形象化，配合测得数据所属的各种运动场景，利用虚拟现实工具箱建立人体下肢VRML模型的同时参照实际环境建立不同路况的虚拟现实场景。充分调用VR Builder中提供的建模资源。利用隐马尔科夫模型和D-S证据理论进行路况识别，对比选用合适的方法，利用Simulink下提供的接口模块将虚拟世界和Simulink环境相连，选取合适的Simulink辅助驱动信号，测试搭建不同路况下的模块接口，分别导入Simmechanics模型的运动输出作为虚拟模型输入，观察虚拟模型运动是否符合路况识别的结果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  §1-1 课题背景及研究意义  9
  §1-2 人体运动建模方法的国内外研究概况  9-11
  §1-3 虚拟现实技术及其国内外研究概况  11-12
    1-3-1 虚拟现实的概念  11
    1-3-2 国内外研究发展状况  11-12
  §1-4 虚拟现实人体的运动控制  12-13
  §1-5 本文的主要研究内容  13-14
第二章 人体下肢 Simmechanics 建模及不同路况下运动学仿真  14-28
  §2-1 多体动力学建模软件的比较与选择  14-16
    2-1-1 常用建模软件比较  14-16
    2-1-2 人体下肢建模软件的选择  16
  §2-2 人体下肢运动模型的建立  16-20
    2-2-1 Simmechanics 简介  16-17
    2-2-2 铰接的人体下肢模型  17
    2-2-3 人体运动步态划分  17-18
    2-2-4 模型的搭建  18-19
    2-2-5 相关参数的计算与设置  19-20
  §2-3 不同路况下的人体行走运动学仿真  20-27
    2-3-1 Simmechanics 的分析模式  20
    2-3-2 平地行走人体下肢运动学分析  20-22
    2-3-3 上斜坡人体下肢运动学分析  22-23
    2-3-4 上楼梯人体下肢运动学分析  23-24
    2-3-5 下斜坡人体下肢运动学分析  24-26
    2-3-6 下楼梯人体下肢运动学分析  26-27
  §2-4 本章小结  27-28
第三章 虚拟现实工具箱下的多路况人体下肢运动场景建立  28-36
  §3-1 虚拟现实工具箱简介  28-29
  §3-2 人体下肢虚拟现实模型建立  29-30
  §3-3 不同路况场景的虚拟现实建模  30-35
    3-3-1 平地  31-33
    3-3-2 斜坡  33-34
    3-3-3 楼梯  34-35
  §3-4 本章小结  35-36
第四章 不同路况的识别判断及虚拟现实仿真验证  36-49
  §4-1 基于隐马尔科夫模型的路况识别  36-38
    4-1-1 隐马尔科夫模型简介  36
    4-1-2 隐马尔科夫模型识别路况  36-37
    4-1-3 识别结果  37-38
  §4-2 基于 D-S 证据理论的路况识别  38-39
    4-2-1 D-S 证据理论简介  38-39
    4-2-2 D-S 证据理论传感器融合  39
    4-2-3 融合结果  39
  §4-3 两种识别方法的比较  39-40
  §4-4 识别结果虚拟现实显示  40-48
    4-4-1 接口建立  40-43
    4-4-2 不同路况虚拟现实仿真  43-48
  §4-5 本章小结  48-49
第五章 总结与展望  49-50
  §5-1 总结  49
  §5-2 展望  49-50
参考文献  50-53
致谢  53-54
攻读学位期间所取得的相关科研成果  54

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 人工脏器与器官 > 运动器官
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