人体步态数据测量系统的设计与实现

下肢外骨骼机器人和下肢康复机器人是当前的研究热点,人体运动的步态数据对其完成步态识别与控制有重要意义.为了获取人体行走过程中的步态信息,本文设计并实现了一套测量足底压力与关节角度数据的数据采集系统.该系统包含微处理器、足底压力传感器、角度传感器、信号调理模块以及数据存储模块,能实现步态数据的自动解算、采集和存储.利用该系统成功采集了不同实验对象在不同速率下足底压力数据和关节的角度数据,结果显示出一定的步态特性,为进一步的步态分析与识别提供参考.     

人体细胞内外液分布测量仪的研究

本文提出了通过电阻抗测量人体细胞内外液分布的新方法，并以ｃｏｌｅ－ｃｏｌｅ提出的阻抗迹图和ＲＣ三元件网络为基础，研究了人体细胞内外液分布测量仪。该系统在微机控制下实现了全自动测量和系统校正，提高了测量精度。采用多次测量平均技术，提高了抗干扰能力和信噪比。用光耦合实现电气隔离，隔离部分用隔离工ＤＣ／ＤＣ供电，激励电流选为１００μＡ，保证了被测者的安全。     

一种只利用对象输入输出值设计的液压并联机器人MRACS

针对６－ＤＯＦ并联机器人的液压主关节，基于系统易于稳定与实现，提出了一种只利用被系统输入输出测量值设计的ＭＲＡＣＳ。经纺真验证，系统稳定可靠，具有良好的跟踪精度。     

关节臂坐标测量机圆光栅偏心误差建模及修正研究

在不增加关节臂坐标测量机硬件成本的基础上,为了提高测量精度,提出了包含圆光栅偏心误差的测量模型方案。分析了关节臂坐标测量机圆光栅偏心状况,通过圆光栅偏心误差实验对第1、2关节处圆光栅偏心误差模型参数进行了辨识,建立了包含前两关节圆光栅偏心误差的测量模型。使用自制的标准杆组件对两种测量模型进行了标定实验,并运用LM算法进行了参数标定。结果表明不包含圆光栅偏心误差测量模型的关节臂坐标测量机的测量误差为0.083 4 mm,而包含两关节圆光栅偏心误差的关节臂坐标测量机测量误差为0.065 0 mm。经过圆光栅偏心误差修正后,其测量精度提高了22%,同时也论证了圆光栅偏心误差是制约关节臂坐标测量机测量精度的影响因素之一。     

多波长频分复用人体成分检测系统的研究

在人体成分光谱检测研究中,多个波长吸收信号的高信噪比检测是保证待测成分浓度建模预测精度的关键。基于激光二极管调制与数字锁相技术,搭建了多波长频分复用同步测量系统,实现了多个波长吸收信号同步、快速、高信噪比检测。测量系统包括激光器调制单元、人机测量接口、光电信号检测与数字锁相处理等部分。将多个波长光源以不同频率的正弦信号进行调制,通过人机测量接口及光电信号检测单元得到样品的漫反射光谱。信号处理部分基于数字正交锁相原理,利用Lab VIEW软件设计了数字移相、相敏检测与低通滤波等模块,实现了不同频率信号的同步高信噪比检测。系统具有信噪比高、测量速度快、稳定性好、集成度高等优点,为小型化人体成分光谱测量装置的设计提供了参考。     

基于微信小程序的人体尺寸测量系统

针对传统人体尺寸测量方法不能够实现远程、便捷式测量的问题,提出了一种基于微信小程序的人体尺寸测量系统应用于远程服装定制,设计开发微信小程序设置特定的轮廓获取含有3种姿态的人体图像数据集,采用u-net网络框架进行训练,提取人体轮廓特征图,经过openpose人体姿态估计算法定位人体骨节关键点,提取人体关键部位提取特征点,利用身高比例法、双椭圆模型拟合人体尺寸信息通过微信小程序反馈给用户.以手工测量为标准,人体尺寸测量中二维尺寸测量准确率达97.8％,三维尺寸准确率达89.5％,最终平均总误差为3.19％.实验表明,基于微信小程序的人体尺寸测量系统能够实现便捷式的人体尺寸测量及远程服装定制.     

自驱动关节臂坐标测量机测控系统

为了使关节臂坐标测量机满足在线、自动批量和智能测量的需求,提出研究自驱动关节臂坐标测量机,研究了其测控系 统。 系统以计算机作为控制器,与 6 个驱动关节及触发测量电路等组建硬件系统,软件采用状态机与事件结构相结合的结构框 架设计,实现自驱动关节臂坐标测量机的运动控制和规划路径采样点自动数据采集。 搭建实验系统对测量机进行测试实验,实 验结果表明,在测控系统支持下自驱动关节臂坐标测量机运行平稳,测量机测量小尺寸球的重复性误差为 0. 038 mm、测量较大 尺寸量块的重复性误差为 0. 192 mm (k = 2)。 测控系统的研究为自驱动关节臂坐标测量机标定技术、误差分析及应用研究奠 定了基础。     

高精度人体电阻抗断层成像系统

本文设计了一种基于DSP的主从式人体电阻抗断层成像系统,频率范围从10kHz到1MHz.系统采用PC机作为主控机,DSP控制激励信号、电极选通、数据采集并与上位机通讯.采用直接数字合成（DDS）技术构建正弦波发生器,加入反馈环节,有效提高了压控电流源的线性度和稳定性;采用低导通电阻的多路开关;基于测量有效值和相位差实现相敏解调,获取人体复阻抗信息;采用16位AD转换器,提高测量信号的分辨率.试验测试与成像结果表明,该系统能够在较宽的频带范围保证测量精度和图像分辨率.     

直线时栅测量系统的误差研究

研究直线时栅位移测量系统中的误差规律,对提高时栅测量系统的测量精度及进一步优化系统结构具有重要意义。在分析直线时栅测量系统误差来源的基础上,定量分析了时栅误差、导轨误差、滑台及连接臂变形误差,建立了时栅测量系统的全误差模型;研制一套激光干涉仪与时栅测量系统标定实验装置,实现了时栅测量系统误差的分离,并利用该模型对测量系统进行误差修正,显著提高时栅测量系统的测量精度,修正后的精度达±8 m/m,测量不确定度减小一半。     

快速光谱分析系统及其性能评估

介绍了快速光谱分析系统的工作原理,并着重阐述了可以实现多通道快速测试的理论基础。以HAAS-2000为例,通过与先进仪器对比分析了其测量精度,并分析了其测量的重复性。结果表明该系统可以满足很高的颜色精度测量和重复测量要求。     

基于双天线GNSS/SINS组合的风速测量运动补偿方案设计

以基于浮标平台的动态风速测量为背景,根据运动姿态补偿的原理和实际需要,设计了一套双天线GNSS/SINS组合姿态测量系统,采用卡尔曼滤波实现信息融合,通过在卡尔曼滤波的观测量中引入双天线GNSS输出的航向角信息,解决了惯性系统航向角可观测性较弱的问题,并通过实验验证了系统的有效性。实验结果表明,该运动补偿设计方案能够提高平台姿态测量的精度和稳定性,准确测量平台的姿态信息,并有效降低平台运动对风速测量的影响,风速测量误差低于4%,满足了海洋浮标观测的需求。     

球铰链的多维回转角度测量方法研究综述

球铰链具有结构紧凑、运动灵活和承载能力强等优点,是一种应用较普遍的多自由度机械关节,其回转角度的检测对系统运动误差预测分析、反馈和控制具有十分重要的意义。首先介绍球铰链的应用与结构特点,然后分析球铰链多维回转角度的测量需求,对国内外球铰链多维角度检测的相关研究发展进行综述,主要包括基于结构解耦测量、基于光学原理测量和基于磁场理论测量等方法。最后,对球铰链多维回转角度测量的研究现状进行总结,指出了其研究的重点、难点以及关键技术突破面临的挑战。     

基于Leap motion的钢琴弹奏手指运动曲线的测量与分析

针对建立手指触键运动自适应曲线的完整描述,提出了一种基于Leap motion空间3D体感传感器的新型测量方法。首先引入手指运动偏角的概念,建立手指触键运动模型并分布对齐坐标系;然后,根据新型测量方法,进行手指触键动作捕捉与运动特征点选取;最后运用不同的拟合模式在置信区间为95%的条件下处理手指触键动作数据,建立手指触键运动特征描述自适应函数。该函数针对不同长度的人手可为其提供准确的钢琴弹奏触键运动曲线。该研究为钢琴弹奏教育服务型机器人教学平台中的手指触键运动曲线自适应判别系统的建立提供理论支持。     

Improving signal reliability for on-line joint angle estimation from nerve cuff recordings of muscle afferents

Closed-loop functional electrical stimulation (FES) applications depend on sensory feedback, thus, it is important to continuously investigate new methods to obtain reliable feedback signals. The objective of the present paper was to examine the feasibility of using an artificial neural network (ANN) to predict joint angle from whole nerve cuff recordings of muscle afferent activity within a physiological range of motion. Furthermore, we estimated how small changes in joint angle that can be detected from the nerve cuff recordings. Neural networks were tested with data obtained from ten acute rabbit experiments in simulated, on-line experiments. The electroneurograms (ENG) of the tibial and peroneal nerves were recorded during passive ankle joint rotation. To decrease the joint angle prediction error with new rabbit data, we attempted to pretune the nerve signals and re-trained the ANNs with the pretuned data. With these procedures we were able to compensate for interrabbit variability. On average the mean prediction errors were less than 2.0/spl deg/ (a total excursion of 20/spl deg/) and we were able to predict joint angles from muscle afferent activity with accuracy close to the best-estimated angular resolution. The angular resolution was found to depend on the initial joint angle and the actual step size taken and we found that there was a low probability of detecting joint angle changes less than 1.5/spl deg/. We thus suggest that muscle afferent activity is applicable as feedback in real-time closed-loop control, when the motion speed is restricted and when the movement is limited to a portion of the joint's physiological range.     

广域测量系统研究综述

广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求,利用全球定位系统GPS(Global Position System)时钟同步,进行广域电力系统状态测量。回顾了国内外WAMS的发展概况。介绍了WAMS的结构,对现有功角和相量测量原理进行了比较。最后论述其同步故障录波、引入状态估计、功角监视等应用功能及发展趋势。     

Integrating INS Sensors With GPS Measurements for Continuous Estimation of Vehicle Sideslip, Roll, and Tire Cornering Stiffness

This paper details a unique method for estimating key vehicle states-body sideslip angle, tire sideslip angle, and vehicle attitude-using Global Positioning System (GPS) measurements in conjunction with other sensors. A method is presented for integrating Inertial Navigation System sensors with GPS measurements to provide higher update rate estimates of the vehicle states. The influence of road side-slope and vehicle roll on estimating vehicle sideslip is investigated. A method using one GPS antenna that estimates accelerometer errors occurring from vehicle roll and sensor drift is first developed. A second method is then presented utilizing a two-antenna GPS system to provide direct measurements of vehicle roll and heading, resulting in improved sideslip estimation. Additionally, it is shown that the tire sideslip estimates can be used to estimate the tire cornering stiffnesses. The experimental results for the GPS-based sideslip angle measurement and cornering stiffness estimates compare favorably to theoretical predictions, suggesting that this technique has merit for future implementation in vehicle safety systems     

基于GA-SVR模型的肌力康复电刺激系统的设计研究

为了实现康复电刺激系统治疗参数的个性化定制及实时调整,提出了一种基于调制中频电刺激的下肢肌力康复闭环电刺激系统。设计低频调制中频刺激电路,基于遗传算法建立了电刺激参数与膝关节角度之间的支持向量机回归预测模型,并搭建基于模糊内模控制PID的闭环反馈系统,以达到更精确稳定的参数设置效果。通过膝关节运动实验表明,被试者在无痛感的前提下更接近预期的关节运动轨迹,30组膝关节运动角度与预期值最大均方根误差为10.21°,最小均方根误差为5.48°。相比传统低频电刺激,肌电平均振幅具有20μV以上提升。本文提出的电刺激系统参数可实现因人而异,且可根据闭环反馈结果进行实时调整,该系统能有效活化肌肉、提升肌力,在肌力康复步态训练中有较好的应用前景。     

MEMS在运动轨迹显示中的应用

为便于通过运动轨迹分析研究物体运动特征,设计了一个运动轨迹测量显示装置,利用微机电系统（micro‐electronic mechanical system ,MEMS）技术与可视化设计,以Freescale Semiconductor公司生产的三轴低重力加速度传感器MMA8450Q和计算机为核心搭建硬件平台,以NI（National Instruments）公司开发的 LabWindows／CVI 8．5为平台编写具有可视化虚拟操作界面的控制程序,并通过性能验证实验,完成了基于 M EM S技术的运动轨迹测量显示装置的设计、实现、调试与实验过程。     

WAMS在电力系统分析和控制中应用的新进展

基于PMU/APMU的广域测量系统WAMS的出现,主要源自电力系统安全稳定控制对于量测量在时间上同步以及监控范围在空间上广域的需求。为提高电网安全稳定监控水平,利用综合法、分析法归纳和分析了暂态稳定预测及控制、静态电压稳定控制和基于轨迹的暂态稳定分析方法的最新进展。研究表明,采用相对功角或角速度判别系统的暂态功角稳定性并实施控制策略,能很好反应系统电力系统本质及运行情况。     

随钻测量中井斜角测量误差的降噪方法

针对随钻测量中井斜角测量误差引起的姿态解算失真问题,提出基于卡尔曼滤波和互相关提取的联合估计方法。 首先 采用限幅滤波器对冲击噪声进行滤波,然后用卡尔曼滤波器去除大部分由振动引起的白化处理有色噪声,最后利用互相关检测 的方法提取出准确的径切向重力加速度,并对轴向加速度进行平滑滤波,完成井斜角测量误差估计与补偿。 经模拟实钻实验, 结果表明井斜角测量误差在 0. 1°以内,该方法与传统方法相比,可以大大提高井斜角测量精度。