基于惯性测量单元的人体运动测量系统设计

本文对运动测量系统所涉及的坐标定义、姿态算法等进行研究,提出了一种新型人体运动测量方法 ,本人体运动测量系统主要应用微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU),按照姿态检测的要求,选取了微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)传感器来采集数据,其中包括一个三轴陀螺仪、一个三轴加速度计和一个三轴磁阻传感器;并利用STM32单片机作为主控制单元来实现数据处理,通过串口通信实现上位机数据传输;用C语言编写上位机系统软件,检测识别人体动作。     

灾害现场消防员状态监测系统设计

针对消防员在执行任务时所面临的安全问题,设计了一种消防员状态实时监测系统。系统采用STM32单片机作为主控制器,通过压力变送器采集空气呼吸器气瓶内压力,通过温度、脉搏及MEMS惯性传感器件实现对人体体温、脉搏及姿态的实时监测,通过无线数传电台将采集到的数据传送至监测指挥平台。功能测试表明,系统有利于指挥员及时了解消防员的状态信息,为其做出正确决策提供依据。     

基于九轴传感器的消防员步态监测装置研究

设计了一套基于九轴传感器（3 轴加速度、3 轴陀螺仪和3 轴磁力计）的消防员步态监测装置,对该装置的结构组成、器件选型、系统设计构建进行了研究。该装置为鞋垫式,可直接穿在作训鞋或消防靴内,可实时采集消防员的运动姿态,具有虚实步监测、步相分析、支撑分析、姿态追踪、摆动分析、微观动作分析等功能。该装置可用于消防员训练中的虚实步监测,测量的消防员步态数据可辅助评估训练强度,测试结果可为消防员定制个性化足部防护装备提供科学的数据支撑,有助于提升消防员身体协调性,缓解消防员膝盖部位冲击力。     

一种车辆运动姿态参数的实时测量方法

由于车辆姿态参数无法通过带有标准配置的传感器直接测量,提出1种车辆运动姿态参数实时测量方法。该方法通过在车辆上加装MARG传感器测量车辆运动角速率、直线加速度与地磁信息,并以四元数和角速率为系统状态模型,加速度计和磁强计测量值为系统观测模型,搭建扩展Kalman滤波器车辆姿态融合估计结构,实现车辆姿态观测信息的实时最优关联。实验结果表明,在不同车辆运行状态下,该方法可以实时测量车辆姿态信息,具有较小的姿态估计误差。     

智能火灾侦查监测四旋翼飞行器的设计研究

研究四轴飞行器的飞控原理，建立了四元数运动学微分方程，通过一阶龙格库塔法对其进行了求解，利用实时四元数反转欧拉角代表飞行姿态信息，方便姿态过程控制；通过惯性传感器MPU9250采集实时姿态数据，采用Mahony互补滤波算法融合得到实际飞行姿态；通过串级PID控制算法，实现了对微型四轴飞行器的飞行控制。利用Matlab软件对串级PID进行了仿真调参，并在STM32F411为主控的飞行器上对角速度内环和欧拉角外环进行了实际调试。飞行器配备智能火焰识别摄像头，可以在区域搜索和监测时自动锁定火灾重点区域，提高侦查效率。     

基于传感器的手指运动姿态监测

针对动态测量手指关节角度的需要,设计了基于传感器的手指运动姿态监测方法。从可穿戴式设备的角度出发,在分析了PVDF压电薄膜传感器、电阻应变片和三轴加速度计ADXL330工作原理的基础上,设计了动态角度测量实验和3组监测实验;传感器固定在手套的对应关节的位置处。对比3组实验,分析实验数据,得到结论:PVDF压电薄膜传感器动态响应快,适合高频激励下手指运动姿态的监测;电阻应变片在高频激励下的响应有一定的延迟,这种响应迟后对动态应变测量会产生误差,其比较适合低频激励下手指运动姿态的监测;加速度计ADXL330在低频激励下能较好地实现对手指运动姿态的监测,其工作的稳定性和可靠性良好。     

基于MPU-6050及蓝牙技术的姿态检测系统设计

文章对姿态传感器国内外现状进行了分析,对其技术发展和存在的问题进行了简单介绍。提出了一种基于MPU-6050六轴姿态传感器(三轴陀螺仪、三轴加速度计)及蓝牙技术的设计方案,采用ARM和MPU-6050姿态传感器模块设计了一套姿态检测系统,手机可连接蓝牙模块并通过安卓手机APP实时显示姿态角数据。此外,研究了四元数及卡尔曼滤波等方法,对六轴传感器数据进行了静态修正,得到了更高精度的姿态角数据。     

一种复合运动系统6自由度位置及速度的测量及算法

采用坐标变换方式,分析复合运动系统的机械结构和空间位置的变化关系,求解出复合运动系统6自由度位置及速度的算法。依据此算法编制测量软件并通过位置传感器、计算机等硬件,实现复合运动系统任意时刻的运动姿态及相对大地坐标系的运动位置和速度的实时测量。该复合运动系统经中国计量科学院和美国API公司联合检定,其位置测量精度达0．1mm,实际应用效果理想。这种测量手段和算法分析对多坐标加工中心、工业机器人及具有多个运动自由度设备的位置和速度测量均有借鉴作用。     

基于MEMS的摔倒检测和定位系统设计

为解决老年人日常生活中的摔倒检测和定位问题,设计了可穿戴式老年人摔倒检测和定位系统。采用低功耗的STM8S系列芯片,通过MEMS三轴加速度传感器完成人体三轴加速度数据的采集和处理,使用卡尔曼滤波算法进行噪声剔除,实现了三级检测阈值摔倒检测算法,北斗GPS双模定位模块获得地理定位信息,GPRS模块进行远程报警。实验说明系统可以有效地对老年人摔倒行为作出检测,并实时进行定位和报警。     

一种MEMS传感器的GPS盲区设备定位方法

针对室内定位GPS存在盲区的问题,本文提出了一种MEMS技术的室内定位解决方案。该方案利用MEMS微传感器,通过记录传感器运动姿态信息,结合设备初始GPS采集位置,实时计算传感器室内定位位置。实验结果表明:系统运行稳定、动态计算精度在0.1°以内,可准确记录传感器运动状态,能实现GPS盲区设备定位。