【摘要】：在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的環(huán)境下,可穿戴設(shè)備依然是目前研究的熱點,尤其在人體肢體運動動作的識別與監(jiān)測方面。將光纖光柵傳感技術(shù)、3D打印技術(shù)及柔性聚乳酸材料結(jié)合起來,用于人體肢體動作識別與監(jiān)測可以充分利用FBG的高精度和高靈敏度、3D打印技術(shù)的快速成型及柔性聚乳酸原料的柔韌性、質(zhì)輕等特點,是一種新型的人體肢體運動監(jiān)測和識別技術(shù)。本文采用光柵傳感器為傳感材料,柔性聚乳酸材料作為傳感材料的基底,由3D打印技術(shù)快速成型,并對人體肢體動作識別分析,探究人體運動規(guī)律。本課題研究的主要內(nèi)容可以分為以下幾部分:(1)建立基于光纖傳感器的可監(jiān)測系統(tǒng)模型:通過3D打印機(jī)將柔性聚乳酸材料打印成所設(shè)計的模型,并在打印過程中將光纖傳感器嵌入設(shè)計的凹槽內(nèi)完成傳感系統(tǒng),對該傳感系統(tǒng)從理論上分析了彎曲角度與波長變化的關(guān)系,建立兩者的數(shù)學(xué)方程式,給出彎曲角度與波長變化有線性關(guān)系的結(jié)果。(2)基于光纖傳感器的識別監(jiān)測系統(tǒng)的實驗:通過使測試者實行多次動作實驗分析傳感系統(tǒng)的可行性。實驗結(jié)果分析表明,在測試重復(fù)動作時,傳感器能夠很好地響應(yīng)動作變化,傳感器是可重復(fù)的;對不同受試者執(zhí)行相同重復(fù)動作的測試結(jié)果分析得標(biāo)準(zhǔn)差為0.041nm,表明不同受試者測試結(jié)果的離散程度小,對不同受試者間相關(guān)性分析,其結(jié)果在0.905以上,傳感器可靠性好。對于波長變化與不同彎曲角度測試結(jié)果,則驗證了前一小節(jié)給出的理論模型,傳感器波長與彎曲角度呈線性關(guān)系,其擬合度達(dá)到0.987。在彎曲傳感器評估結(jié)果中,兩者從重復(fù)性及線性度兩方面均表現(xiàn)出了很好的結(jié)果。傳感器在腿部監(jiān)測位置的篩選實驗結(jié)果表明,傳感器在腿部內(nèi)側(cè)和后側(cè)表現(xiàn)出顯著地響應(yīng)信號,由方差分析確定最終監(jiān)測位置為后側(cè)。(3)分析了人體肢體在不同運動狀態(tài)、運動程度下的運動規(guī)律,并建立了腿部彎曲高度與波長值的回歸模型:通過模擬受試者抓握不同直徑圓柱體的測量結(jié)果表明,隨著彎曲直徑的增加,三個手指對應(yīng)的傳感器波長變化值逐漸減小,這是直徑越大手指彎曲程度越低造成的;且在相同小直徑內(nèi),食指傳感器波長變化值最大,中指傳感器波長變化值最小;在6cm時,中指響應(yīng)比大拇指要高,這可能是由于中指是三指關(guān)節(jié)而大拇指為兩指關(guān)節(jié),直徑較大時,靈活性不如中指。而在不同運動狀態(tài)下的測試結(jié)果表明,慢走速度越快,傳感器波長出現(xiàn)峰值的頻率高、峰值變大。在腿部不同運動高度的測試中,分析了傳感器對腿部彎曲高度的響應(yīng)情況,結(jié)果表明,隨著腿部彎曲高度的增加,傳感器波長有逐漸成線性增加的趨勢。最后,對腿部彎曲高度與傳感器波長變化值進(jìn)行回歸分析,建立回歸方程式為y=0.129x-1.096,對回歸方程和其系數(shù)進(jìn)行檢驗,得到顯著性的結(jié)果,即回歸方程有效�？梢岳迷摶貧w方程對自變量或因變量進(jìn)行預(yù)測。
【圖文】：

圖 1-1 Mimo 智能嬰兒服[9]圖 1-2 生命衫[10]衫（LifeShirt）[10]是 VivoMetrics 公司開發(fā)的具有監(jiān)測和記錄服裝。其可時時記錄及監(jiān)測人體的多個生理參數(shù)包括心率、呼運動的變化狀況。除此之外，，它也可以借助外部儀器測試人數(shù)，是一款最早能進(jìn)行連續(xù)及實時監(jiān)測的對人體無害的監(jiān)測服

圖 1-1 Mimo 智能嬰兒服[9]圖 1-2 生命衫[10]衫（LifeShirt）[10]是 VivoMetrics 公司開發(fā)的具有監(jiān)測和記錄服裝。其可時時記錄及監(jiān)測人體的多個生理參數(shù)包括心率、呼運動的變化狀況。除此之外，它也可以借助外部儀器測試人數(shù)，是一款最早能進(jìn)行連續(xù)及實時監(jiān)測的對人體無害的監(jiān)測服
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212;TP391.73;TB18

【參考文獻(xiàn)】

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1 林建琴;許武軍;李媛媛;;基于智能服裝的消防員位置信息融合研究[J];武漢紡織大學(xué)學(xué)報;2015年06期

2 陳慶;曾軍堂;陳韋坤;;3D打印塑料材料技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];新材料產(chǎn)業(yè);2015年06期

3 萇飛霸;尹軍;張和華;顏樂先;李姝穎;周德強(qiáng);;可穿戴式健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與展望[J];中國醫(yī)療器械雜志;2015年01期

4 曾昆;;3D打印的材料之殤[J];新材料產(chǎn)業(yè);2014年10期

5 欒相科;;國產(chǎn)可穿戴設(shè)備點線面聯(lián)動布局[J];中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè);2014年18期

6 翼德;;智能嬰兒連體衣[J];紡織裝飾科技;2014年02期

7 陳紹茹;陳奕梅;;基于多傳感器信息融合的移動機(jī)器人避障[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年05期

8 李小麗;馬劍雄;李萍;陳琪;周偉民;;3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢[J];自動化儀表;2014年01期

9 王海朋;譚憶秋;董澤蛟;溫佳宇;武昊翔;;基于光纖光柵的瀝青路面狀態(tài)的實時監(jiān)測[J];光電子.激光;2013年11期

10 吳椿烽;冒麗蓉;鄭磊;;光纖光柵傳感器的研究與應(yīng)用[J];電子元器件應(yīng)用;2010年08期

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1 謝娟;針織物傳感器雙向延伸電—力學(xué)性能及肢體動作監(jiān)測研究[D];東華大學(xué);2015年

2 任海兵;非特定人自然的人體動作識別[D];清華大學(xué);2003年

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1 郭超;基于壓電薄膜傳感器的可穿戴睡眠監(jiān)測系統(tǒng)[D];吉林大學(xué);2017年

2 欒珊;基于市場需求的體溫監(jiān)測類智能服裝的創(chuàng)新設(shè)計研究[D];北京服裝學(xué)院;2017年

3 張曉峰;面向人體上肢運動監(jiān)測的聚吡咯涂層機(jī)織物機(jī)電性能評價[D];東華大學(xué);2016年

4 高靜;甘肅省業(yè)余網(wǎng)球選手正手擊球技術(shù)與運動損傷關(guān)系的研究[D];西北師范大學(xué);2012年

本文編號：2684748