人體步態(tài)分析的多傳感器數(shù)據(jù)融合研究.pdf

1、人的步行過程包含著豐富的運動學、動力學和生理學信息，對這些信息進行特征提取和模式分析就可以獲得人體步態(tài)的描述。通過科學的手段測量人的步態(tài)具有重要的現(xiàn)實意義，比如可以用于臨床醫(yī)學中的康復評定、下肢輔具設計和下肢機器人的開發(fā)等。本文提出了基于自行開發(fā)的可穿戴步態(tài)分析系統(tǒng)的步態(tài)分析方法。該系統(tǒng)可以采集下肢運動過程中的速度和方向變化信息。通過多層次的傳感器數(shù)據(jù)融合算法進行姿態(tài)解算，步行時相劃分以及誤差校正，可以精確地計算各項步態(tài)參數(shù)。本文在總結

2、國內外已有研究內容的基礎上提出和解決了以下問題:如何減少姿態(tài)解算誤差，增加步態(tài)時相檢測精度;如何全面地評價雙足對稱性、步態(tài)穩(wěn)定性;如何消除傳感器綁定位置誤差以及多個傳感器的對準誤差;以及零速度更新算法的適用性問題。主要研究內容如下:
　　1.本研究使用微機電傳感器并結合人體傳感器網絡研制了可穿戴步態(tài)分析平臺，在傳感器的靈敏度標定，非正交誤差補償以及粗大誤差篩除等方面做了相關的研究。多數(shù)研究者忽視了傳感器綁定位置對步態(tài)分析的影響，本

3、文提出了一種基于軸線對準(Boresighting)的傳感器初始對準方法，可以很好地消除初始綁定誤差對于參數(shù)估算的影響，也可以用于下肢運動分析的多傳感器初始對準。
　　2.研究了基于擴展卡爾曼數(shù)字濾波器的融合算法減少系統(tǒng)噪聲和傳感器偏差對步態(tài)測量的影響;在站立期使用零速度更新算法校正速度和位置積分誤差;針對傳感器數(shù)據(jù)波動導致的步態(tài)時相誤檢測的問題，使用多閾值方法進行約束，提高步態(tài)時相檢測精度，為精確計算各項步態(tài)參數(shù)奠定基礎。

4、>　　3.目前大多數(shù)的步態(tài)分析研究缺少對于雙足運動協(xié)同性的分析。本文對于放置在雙側足部的兩個傳感器模塊進行傳感器數(shù)據(jù)融合，研究了人體步行過程中雙足的協(xié)調與交替運動規(guī)律。并創(chuàng)新性地使用動態(tài)時間規(guī)整(Dynamic time warping)算法融合雙足數(shù)據(jù)，對于雙足步態(tài)對稱性、步態(tài)穩(wěn)定性與一致性提供了一種新的評價方法。
　　4.關于在步態(tài)分析領域廣泛使用的零速度更新算法(ZUPT)的適用性問題，本文提出了一種擴展零速度更新算法(E-