人体步态测量分析及实验研究

论文摘要

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。

论文目录

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