具有环境普适性的实时人体姿态测量方法研究

人体姿态测量在医疗，仿生，人机工程，虚拟现实等诸多领域具有重要的应用价值。而现有测量手段的不足表现为环境普适性差，不能充分反应真实环境的姿态数据;多自由度关节测量系统复杂;参数重构及建模缺乏实时性,制约了应用领域的深入研究和扩展。针对以上问题，本项目创新的提出一种便携式多维关节角度传感器节点，适于构建穿戴式姿态测量系统。节点具有极强的环境普适性。单一传感器可同时测量关节多自由度，结构精简且生体拘束性小，适于复杂关节姿态测量。优化的姿态参数重构算法适于节点自处理，以提高系统实时性。硬件平台体积小，功耗低，具有数据采集，无线控制及传输，姿态参数重构自处理的功能，可实时获得关节自由度参数。进而利用计算量极小的多刚体正向运动学进行实时建模。鉴于以上特点，本项目成果适用于真实环境、长时间、长距离的姿态测量需求，摆脱实验室测量、系统复杂及数据后处理的现状，具有极高的实用价值与应用前景。

本项目研究内容旨在研究一种具有环境普适性、结构简单、具有多功能性的可应用于医疗，仿生，人机工程，虚拟现实等诸多领域的人体姿态测量方法。其环境普适性体现于适用于静态及动态环境、适用静止姿态及运动捕捉。本项目创新的提出以柔性波纹管为主体的多维关节角度传感器结构，基于该结构，单一传感器可同时将多个关节自由度参数转换成相应数目传感单元的线性位移并进行测量。传感器结构精简且生体拘束性小，适于复杂关节姿态测量。传感器可工作于两种模式，基本模式下可在无约束的同时进行弯曲角及弯曲方向的检测，具有全检测范围及不同检测对象无需再校正的特点；可选模式下实现第三自由度检测，此功能极大的扩展了检测方法应用范围。项目进行了多元姿态参数重构算法研究，成功实现了三个输出参数重构三个自由度，具有极少的数据量及运算量以适于节点自处理，以提高系统实时性。开发无线传输硬件平台，体积小，功耗低，具有数据采集及传输功能，适于构建穿戴式姿态测量系统。开发的传感器原型评估实验结果证明了项目研究内容可行性。本项目成果可适用于真实环境、长时间、长距离的姿态测量需求，摆脱实验室测量、系统复杂及数据后处理的现状，具有极高的实用价值与应用前景