本文關(guān)鍵詞：基于人體模型的上下樓梯動(dòng)作的生成與評(píng)價(jià)

  更多相關(guān)文章： 人體模型 Kinect 上下樓梯動(dòng)作 重復(fù)變換法 穩(wěn)定步態(tài)

【摘要】：近年來(lái),老齡化社會(huì)進(jìn)程的加速,使福祉醫(yī)療教育的重要性越來(lái)越引起社會(huì)的關(guān)注,對(duì)老年人日常生活動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)分析正在成為康復(fù)醫(yī)療教育、研究、臨床等融合學(xué)科中不可或缺的重要組成部分。上下樓梯是人們典型、常見(jiàn)的動(dòng)作,由于老年人身體條件,個(gè)體的差別和動(dòng)作的多樣性,使人體動(dòng)作過(guò)程試驗(yàn)研究受到很大的限制。建立人體模型,研究其動(dòng)作生成過(guò)程,可以為福祉,康復(fù)醫(yī)療教育提供依據(jù)。具有重要的研究意義。本文考慮人體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和重量分配,建立了仿真模型;基于Kinect對(duì)人體上下樓梯過(guò)程的關(guān)節(jié)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)捕捉,通過(guò)捕捉的關(guān)節(jié)信息,分析老年人和年輕人上下樓梯動(dòng)作過(guò)程的重心變化規(guī)律,提出了基于上體重心移動(dòng)的上下樓梯動(dòng)作生成算法;通過(guò)仿真分析了四種典型模式的下樓梯動(dòng)作過(guò)程,評(píng)價(jià)了下樓梯過(guò)程中各關(guān)節(jié)的角度變化,力矩變化和穩(wěn)定性,討論了樓梯參數(shù)變化對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的影響。主要內(nèi)容包括以下部分:1.根據(jù)老年人身體特點(diǎn),建立人體數(shù)學(xué)模型,討論了人體模型的運(yùn)動(dòng)約束條件,包括地面反作用約束、關(guān)節(jié)約束和臺(tái)階幾何約束�；谀Ｐ陀懻摿瞬綉B(tài)穩(wěn)定裕度的數(shù)學(xué)描述方法;2.通過(guò)Kinect程序的二次開(kāi)發(fā),編寫(xiě)人體運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)采集程序;搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)多組研究對(duì)象進(jìn)行上下樓梯動(dòng)作過(guò)程采集實(shí)驗(yàn),動(dòng)態(tài)捕捉上下樓梯過(guò)程的關(guān)節(jié)信息;總結(jié)了年輕人、老年人、具有關(guān)節(jié)障礙老年人的上下樓梯動(dòng)作特點(diǎn);3.根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)人體上下樓梯步態(tài)動(dòng)作進(jìn)行分析,提出基于重復(fù)變換的上體重心移動(dòng)算法,生成老年人上下樓梯的動(dòng)作;4.仿真分析了四種典型下樓梯模式的動(dòng)作:一步一臺(tái)階、兩步一臺(tái)階、手杖輔助模式和減輕患足負(fù)擔(dān)的模式的動(dòng)作過(guò)程。評(píng)價(jià)了下樓梯過(guò)程中人體各關(guān)節(jié)的角度變化、力矩變化和穩(wěn)定性,討論了樓梯參數(shù)變化,意外因素等對(duì)下樓梯動(dòng)作的影響。研究結(jié)果表明,通過(guò)改變下樓梯的方式,可以減輕下樓梯對(duì)損傷關(guān)節(jié)的負(fù)擔(dān),提高下樓梯動(dòng)作安全性,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的下樓梯動(dòng)作。本研究提出的算法,同樣也適用于老年人各種步態(tài)的生成,為福祉,康復(fù)醫(yī)療教育提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：人體模型 Kinect 上下樓梯動(dòng)作 重復(fù)變換法 穩(wěn)定步態(tài)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.9;R592
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 上下樓梯動(dòng)作生成方面11-13
• 1.2.2 人體上下樓梯步態(tài)的研究方面13-19
• 1.3 研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第二章 人體運(yùn)動(dòng)模型的建立與穩(wěn)定性描述22-35
• 2.1 人體運(yùn)動(dòng)模型22-28
• 2.1.1 人體(老年人)及其步態(tài)研究特點(diǎn)22-23
• 2.1.2 人體運(yùn)動(dòng)模型建立23-24
• 2.1.3 基于人體模型的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)性能描述24-28
• 2.2 人體模型約束條件28-30
• 2.2.1 地面反作用力約束條件28-29
• 2.2.2 關(guān)節(jié)約束條件29
• 2.2.3 臺(tái)階幾何約束29-30
• 2.3 步態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與數(shù)學(xué)描述30-34
• 2.3.1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法30-32
• 2.3.2 穩(wěn)定裕度數(shù)學(xué)描述32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 人體上下樓梯動(dòng)作實(shí)驗(yàn)35-57
• 3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c方法35-36
• 3.2 基于Kinect的數(shù)據(jù)采集36-41
• 3.2.1 關(guān)于Kinect36-37
• 3.2.2 Kinect的人體自遮擋問(wèn)題37-38
• 3.2.3 程序開(kāi)發(fā)38-41
• 3.3 上下樓梯動(dòng)作實(shí)驗(yàn)41-50
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與平臺(tái)41-43
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)圖像和數(shù)據(jù)43-49
• 3.3.3 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的采集及處理49-50
• 3.4 老年人上下樓梯實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析50-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 基于上體重心移動(dòng)的上下樓梯動(dòng)作的生成57-67
• 4.1 老年人上下樓梯動(dòng)作分析57-60
• 4.2 基于重復(fù)變換的上體重心移動(dòng)算法60-63
• 4.2.1 關(guān)于重復(fù)變換60-61
• 4.2.2 重心移動(dòng)算法61-63
• 4.3 上下樓梯動(dòng)作生成算法63-66
• 4.3.1 上樓梯動(dòng)作生成算法63-65
• 4.3.2 下樓梯動(dòng)作生成算法65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 下樓梯動(dòng)作仿真事例與穩(wěn)定性分析67-83
• 5.1 下樓梯動(dòng)作仿真事例67-74
• 5.1.1 模式1動(dòng)作仿真67-69
• 5.1.2 模式2動(dòng)作仿真69-70
• 5.1.3 模式3動(dòng)作仿真70-73
• 5.1.4 模式4動(dòng)作仿真73-74
• 5.2 上下樓梯步態(tài)穩(wěn)定性74-76
• 5.3 意外因素的影響分析76-78
• 5.4 臺(tái)階參數(shù)的影響分析78-79
• 5.5 上下樓梯的安全策略79-82
• 5.6 本章小結(jié)82-83
• 總結(jié)與展望83-86
• 總結(jié)83-84
• 展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果92-93
• 致謝93-95
• 附件95

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