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双足仿生电动移动平台运动仿真研究

作　者: 郑楠楠
导　师: 刘东辉
学　校: 河北科技大学
专　业: 生物医学工程
关键词: MATLAB 虚拟现实 GUI 视频采集 Simulink仿真
分类号: TP399-C8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要

现代社会中由于各种不定因素,交通事故率逐年上升,而因此造成腿部残疾的人数也不断增加。同时中国社会已经进入老龄化社会,由于腿部部分生理机能的下降,让老年人力不从心,不得不依靠代步轮椅生活。虽然腿部出现一定程度的残障,但他们依然需要像正常人一样生活、学习、工作。研究出适合腿部残障人士生理和心理的代步椅成为社会关注的重点之一。普通轮椅虽然在一定程度上给了他们一些帮助,但在实际上在另一方面只是给照顾他们的人减轻了负担,依赖自己的力量在生活上仍然不能自理。尤其是在无障碍设施尚未齐全的今天,能够支持腿部残障者直立行走的代步椅成为研究者们竞相研究的对象。课题中设想了一种可直立行走的腿部残障人士代步工具——双足仿生电动移动平台,通过利用MATLAB平台,对其进行仿真研究,验证其可行性及可实现性。首先需要建立人体下肢三维模型,接着利用摄像头对人体运动过程进行动作捕捉,设计出一定的算法,得到人体下肢的运动规律,最后通过Simulink及VR工具箱,驱动下肢三维仿真模型运动。从仿真过程中观察、分析其优点及不足,为以后的机构研究奠定了基础。论文的主要内容包括以下几点:1)介绍了MATLAB虚拟现实工具箱,克服原来二维仿真模型的不足,提出了新的思路,创建三维仿真模型。详细讲解了三维建模软件V-Realm Builder2.0各部分的功能及用法,同时利用它建立人体下肢三维仿真模型。2)建立GUI人机交互界面,通过摄像头对人体下肢运动情况进行运动捕捉,提出两种图像处理方法,完成人体下肢运动数据的采集、存储等。3)具体介绍了MATLAB图像采集工具箱,详细了讲解了创建视频输入对象、采集、存储视频数据的方法,并给出实例。4) Simulink是连接GUI人机操作界面与三维虚拟模型的纽带,通过设置相关参数,建立合适数学模型,并通过VR虚拟工具箱,完成可视化三维仿真。思路新颖,同时实验中还可以多方位观察人体下肢运动,完成双足仿生电动移动平台的虚拟现实仿真。最后,对论文的研究内容进行了总结,对今后的研究方向做了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题来源及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-13
    1.2.1 生物医学工程的现状及发展趋势  10
    1.2.2 腿部残障人士代步机的现状及发展趋势  10-12
    1.2.3 仿真技术与虚拟现实技术的发展  12-13
  1.3 本文主要内容  13-15
第2章构建下肢三维模型  15-27
  2.1 MATLAB 简介  15
  2.2 虚拟现实工具箱  15-19
  2.3 构建下肢三维模型  19-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章创建GUI 图形用户界面  27-48
  3.1 GUI 简介  27-28
  3.2 GUI 设计界面介绍  28-30
  3.3 利用GUI 设计人体下肢运动仿真界面  30-35
    3.3.1 GUI 运动仿真界面生成过程  30-34
    3.3.2 设计仿真中GUI 各控件的回调功能  34-35
  3.4 图像采集及处理过程  35-47
    3.4.1 利用颜色识别提取目标  35-40
    3.4.2 利用形状识别提取目标  40-45
      3.4.2.1 图像预处理  41-43
      3.4.2.2 利用Hough 变换检测圆形并确定圆心  43-45
    3.4.3 目标值进行插值运算  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章 Image Acquisition Toolbox  48-54
  4.1 创建视频输入对象  48-50
  4.2 启动视频输入对象并采集数据  50-53
  4.3 本章小结  53-54
第5章 Simulink 仿真  54-61
  5.1 Simulink 仿真简介  54-55
  5.2 人体下肢运动仿真  55-60
    5.2.1 Simulink 仿真控制模型的建立  55-58
    5.2.2 运行仿真  58-60
  5.3 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间所发表的论文  65-66
致谢  66

双足仿生电动移动平台运动仿真研究

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