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人体步态测量分析及实验研究

作　者: 吴爱明
导　师: 张今瑜
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ATmega128单片机下肢运动步态测量实验研究
分类号: TB18
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

对于步态分析的研究开展的很早,随着现代科学技术的发展,步态分析的方法也取得了长足的进步并逐步完善。对人体行走的下肢运动分析的研究在临床医疗、康复工程、人机工程学、体育等领域有着广泛的应用。本课题从国内外研究现状及发展方向入手,完成了一种可靠的便携式步态分析测试系统。主要研究内容有:根据步态分析的应用对象和发展方向,确定了下肢运动检测的整体设计方案。确定选取了适合人体运动检测的传感器组合,并对各类传感器原理作了简单介绍。设计了一套用于将传感器安装在人体下肢合适部位的穿戴装置,数据采集记录器随身携带。单片机采集并存储采样数据,测试完成后用串行通信方式把采样信号传到计算机中处理。该装置可适合不同的测试环境。设计了数据采集系统中传感器的检测及接口电路、控制电路,还设计了下位机系统的控制软件和上位机的数据处理软件,其中软件编程采用系统化、模块化的方式。通过实验采集步态参数数据,在实验数据基础上,获取了健康人的正常步态参数及规律。利用MATLAB的拟合函数拟合出下肢关节角度曲线和角速度曲线。并对不同路况下的步态特征参数作了对比分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 引言  11
  1.2 课题研究的目的及意义  11-12
  1.3 国内外研究现状及存在的问题  12-19
    1.3.1 VICON MX系统  13-14
    1.3.2 Optotrak步态分析系统  14-15
    1.3.3 基于模型的研究  15-16
    1.3.4 多传感器组合  16-17
    1.3.5 基于视频处理  17-18
    1.3.6 存在的问题  18-19
  1.4 课题的主要研究内容  19-21
第2章测试系统分析及总体方案设计  21-31
  2.1 步态分析概述  21-23
  2.2 系统方案  23-25
  2.3 各传感器选型  25-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章测试装置及系统硬件设计  31-44
  3.1 编码器安装结构  31-32
  3.2 数据采集硬件电路  32-42
    3.2.1 单片机接口电路  33-36
    3.2.2 力传感器接口电路  36-37
    3.2.3 Flash存储器接口电路  37-38
    3.2.4 加速度计模块接口电路  38-40
    3.2.5 FPGA接口电路设计  40-42
  3.3 控制盒设计  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章测试系统软件  44-57
  4.1 单片机系统软件  44-50
    4.1.1 单片机主程序模块  45-47
    4.1.2 定时器模块程序  47
    4.1.3 中断服务子程序  47-48
    4.1.4 外部存储器读写程序模块  48-49
    4.1.5 加速度计程序模块  49-50
  4.2 FPGA逻辑程序  50-52
    4.2.1 正交编码计数器模块  51-52
    4.2.2 总线转换模块  52
  4.3 上位机软件  52-56
    4.3.1 基于MATLAB的串行通信软件  53-55
    4.3.2 Visual C++与MATLAB混合编程  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章实验及数据处理  57-72
  5.1 实验系统  57-58
  5.2 数据采集实验  58-65
    5.2.1 步行实验  58-60
    5.2.2 步态运动分析  60-61
    5.2.3 关节角度曲线拟合  61-65
  5.3 不同路况下的步态特征  65-71
    5.3.1 步态相位图  65-66
    5.3.2 速度对步态参数的影响  66-68
    5.3.3 上下楼梯的步态分析  68-71
  5.4 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

人体步态测量分析及实验研究

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