基于人体动平衡感知的行走稳定判据研究
发布时间：2022-01-10 19:18
人体作为典型的双足系统具有稳定高效的行走能力。随着科技的发展,基于人体双足模式开发的仿人机器人虽然实现了部分类人功能,但在稳定、柔顺的行走功能方面仍处于研发瓶颈。如何开发稳定、高效、实用的行走算法,是现阶段仿人机器人研发的关键问题。同时我国人口老龄化日益严重,存在着大量的平衡失调患者,通过对人体行走稳定性评判方法的研究,将有助于预防老年人摔倒以及患者康复治疗。然而现有的评判标准不能对人体行走稳定性进行准确评估,因此,如何对人体行走平衡能力进行准确评估是目前亟待解决的关键问题。为此,本文以人体多种行走运动捕获数据为基础,借鉴人体行走平衡感知系统工作原理与运动学姿态特征,建立人体行走运动学简化模型,提取人体行走平衡感知参数,提出并建立一种人体行走平衡判别方法,实现人体行走平衡能力的准确评估。本课题将为探索人体行走平衡感知机理奠定基础,在人体行走平衡评估、患者行走康复治疗、仿人双足机器人研制等方面提供新思路。本文具体工作如下:（1）鉴于人体复杂生理结构,参考成年人人体惯性参数国家标准建立人体运动学简化模型、体段质量分布以及体段质心分布模型,依据人体运动学姿态对运动捕获实验数据格式进行解析,利...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1日本
国内
第1章绪论-5-年清华大学设计出圆弧足机器人，可以在斜坡以及棋盘状地面行走。同年北京大学黄岩[14]带领团队设计出RunBo机器人和Veronica机器人，通过控制关节转矩实现了机器人类人行走，如图1-4a)与图1-4b)所示。哈尔滨工业大学通过控制步态敏感范数设计出圆弧足样机[15]，如图1-4c)所示。虽然我国被动机器人取得了一定进展，但是我国被动机器人稳定、柔顺行走样机仍处于研发阶段，有待进一步发展。a)RunBo-Ib)Veronicac)哈尔滨工业大学机器人图1-4国内被动机器人国内外机器人虽然相继推出新品，功能也越来越强大，但是目前仿人机器人仍存在抗干扰能力不足、控制单一、行动缓慢等一系列缺点。总体而言，仿人双足机器人受到行走稳定性的制约，存在一定的瓶颈。研究学者们大多仅从控制理论角度实现双足机器人稳定、柔顺行走，却忽视了对人体双足行走模式的借鉴，很少针对人体稳定行走机理进行研究。1.2.2人体平衡系统研究现状人体行走平衡主要依据人体视觉、本体感觉以及前庭系统三大感知[16]系统相互协调配合感知身体空间信息，中枢神经系统对感知信息进行整合，控制肌骨运动系统，维持身体重心处于支撑平面内[17]。依据解剖学以及人体生理神经学可知，前庭系统在人体行走平衡中占重要组成部分，可以感知人体行走运动信息。本体感觉系统包含了足底皮肤与地面的接触觉以及手与物体的接触觉，在人体行走平衡中占有很大比重，能够感知身体各部位的位置和动作[18]。视觉系统则可以通过眼睛观察人体位置信息，便于中枢神经系统及时调整身体姿态。任何双足系统在行走过程中都与周围环境紧密相连，环境变化会对行走产生一定影响，人体三大感觉系统相互作用，共同维持人体平衡，任何感知系统出现错误都将导致人体失去平衡调节能力[19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RBF神经网络的跌倒检测算法研究[J]. 王晓雷,李栋豪,郑晓婉,娄泰山,丁国强,焦玉召,赵红梅. 电子测量与仪器学报. 2019(11)
[2]姿势控制训练结合核心肌群训练对脑卒中患者运动功能的影响[J]. 朱海燕. 心血管康复医学杂志. 2019(01)
[3]基于MEMS惯性传感器时域特征的人体行为识别[J]. 谢国亚,刘宇,路永乐,邸克,郭俊启,余跃. 压电与声光. 2019(02)
[4]脑卒中患者的平衡功能和躯干屈伸肌群表面肌电特征[J]. 王惠娟,何任红,江志锦,石真润,杜东,范建中. 中国康复理论与实践. 2017(11)
[5]基于LIPM的机器人快速行走优化[J]. 熊峰,刘成菊,陈启军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[6]仿生机器人研究进展及仿生机构研究[J]. 沈惠平,马小蒙,孟庆梅,李云峰,马正华. 常州大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]半被动双足机器人动态行走的位姿估算[J]. 黄岩,谢广明,杨晓华,王启宁,王龙. 北京大学学报(自然科学版). 2009(04)
[8]年龄和视觉对直立静态平衡的影响[J]. 汪敏,李学佩,李哲生. 耳鼻咽喉头颈外科. 1997(01)
博士论文
[1]人体站立平衡系统建模与平衡能力评价方法研究[D]. 刘琨.燕山大学 2016
[2]双足被动步行机器人性能分析及一种动力输入方法研究[D]. 倪修华.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于多传感器信号融合的人体平衡分析研究[D]. 岳宗晓.郑州大学 2019
[2]基于加速度传感器的人体动作识别方法研究[D]. 韩建飞.江苏大学 2016
[3]基于单个加速度传感器的人体行为识别研究[D]. 徐仙.江南大学 2015
[4]仿人机器人视觉系统及射门运动规划系统研究[D]. 李钧.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3581271
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1日本
国内
第1章绪论-5-年清华大学设计出圆弧足机器人，可以在斜坡以及棋盘状地面行走。同年北京大学黄岩[14]带领团队设计出RunBo机器人和Veronica机器人，通过控制关节转矩实现了机器人类人行走，如图1-4a)与图1-4b)所示。哈尔滨工业大学通过控制步态敏感范数设计出圆弧足样机[15]，如图1-4c)所示。虽然我国被动机器人取得了一定进展，但是我国被动机器人稳定、柔顺行走样机仍处于研发阶段，有待进一步发展。a)RunBo-Ib)Veronicac)哈尔滨工业大学机器人图1-4国内被动机器人国内外机器人虽然相继推出新品，功能也越来越强大，但是目前仿人机器人仍存在抗干扰能力不足、控制单一、行动缓慢等一系列缺点。总体而言，仿人双足机器人受到行走稳定性的制约，存在一定的瓶颈。研究学者们大多仅从控制理论角度实现双足机器人稳定、柔顺行走，却忽视了对人体双足行走模式的借鉴，很少针对人体稳定行走机理进行研究。1.2.2人体平衡系统研究现状人体行走平衡主要依据人体视觉、本体感觉以及前庭系统三大感知[16]系统相互协调配合感知身体空间信息，中枢神经系统对感知信息进行整合，控制肌骨运动系统，维持身体重心处于支撑平面内[17]。依据解剖学以及人体生理神经学可知，前庭系统在人体行走平衡中占重要组成部分，可以感知人体行走运动信息。本体感觉系统包含了足底皮肤与地面的接触觉以及手与物体的接触觉，在人体行走平衡中占有很大比重，能够感知身体各部位的位置和动作[18]。视觉系统则可以通过眼睛观察人体位置信息，便于中枢神经系统及时调整身体姿态。任何双足系统在行走过程中都与周围环境紧密相连，环境变化会对行走产生一定影响，人体三大感觉系统相互作用，共同维持人体平衡，任何感知系统出现错误都将导致人体失去平衡调节能力[19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RBF神经网络的跌倒检测算法研究[J]. 王晓雷,李栋豪,郑晓婉,娄泰山,丁国强,焦玉召,赵红梅. 电子测量与仪器学报. 2019(11)
[2]姿势控制训练结合核心肌群训练对脑卒中患者运动功能的影响[J]. 朱海燕. 心血管康复医学杂志. 2019(01)
[3]基于MEMS惯性传感器时域特征的人体行为识别[J]. 谢国亚,刘宇,路永乐,邸克,郭俊启,余跃. 压电与声光. 2019(02)
[4]脑卒中患者的平衡功能和躯干屈伸肌群表面肌电特征[J]. 王惠娟,何任红,江志锦,石真润,杜东,范建中. 中国康复理论与实践. 2017(11)
[5]基于LIPM的机器人快速行走优化[J]. 熊峰,刘成菊,陈启军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[6]仿生机器人研究进展及仿生机构研究[J]. 沈惠平,马小蒙,孟庆梅,李云峰,马正华. 常州大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]半被动双足机器人动态行走的位姿估算[J]. 黄岩,谢广明,杨晓华,王启宁,王龙. 北京大学学报(自然科学版). 2009(04)
[8]年龄和视觉对直立静态平衡的影响[J]. 汪敏,李学佩,李哲生. 耳鼻咽喉头颈外科. 1997(01)
博士论文
[1]人体站立平衡系统建模与平衡能力评价方法研究[D]. 刘琨.燕山大学 2016
[2]双足被动步行机器人性能分析及一种动力输入方法研究[D]. 倪修华.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于多传感器信号融合的人体平衡分析研究[D]. 岳宗晓.郑州大学 2019
[2]基于加速度传感器的人体动作识别方法研究[D]. 韩建飞.江苏大学 2016
[3]基于单个加速度传感器的人体行为识别研究[D]. 徐仙.江南大学 2015
[4]仿人机器人视觉系统及射门运动规划系统研究[D]. 李钧.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3581271
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