惯性步态测量系统的研究

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1、武汉理工人学硕士学位论文摘要根据人体步态分析的需求，本文设计了一种基于微惯性器件组合和DSP的惯性步态测量系统。其目的是为临床医学研究提供分析工具，提供测量数据，以提高医学研究的理论水平。本课题来源于法国ESIGELEC工程师学校的实习项目。项目目标是设计～种能广泛应用于医疗康复工程的步态测量系统。本文以人体步态为研究背景，步态中的运动学参数为测量对象，开发了一种以加速度计和陀螺仪的惯性器件组合、高性能嵌入式微处理嚣DSP为核心的数据采集模块、CPLD的外围逻辑接口和卡尔曼滤波算法的惯性步态测量系统。主要研究内容如下：本文首先介绍了惯性器件的步态参数测量原理。采用基于微电子机械系统(MEMS)

2、技术的加速度计和陀螺仪，利用压电传感器动态特性好的优点，提高了测量系统的动态响应能力，使得测量数据更精确，克服了传统传感器测量技术中动态测试能力低的缺路。然后讲述系统的总体结构和组成部分。该系统采用模块化设计，包括传感器模块、数据采集模块、数据处理模块以及与PC机的通信接口模块。系统的硬件设计通过CPLD完成复杂的逻辑接口功能，提高了系统的响应速度。由于惯性器件的随机漂移会随着时间不断累积，因此采用了卡尔曼滤波算法的数字滤波器设计，进行了误差补偿，有效抑制了积分漂移，使得测量结果更加精确。最后完成系统的软件设计。运用C语言和汇编语言编程的方式，实现整个控制软件的设计。主要讨论测量数据的采集和预

3、处理，包括各种接口软件以及解算程序的编制，系统功能模块中的各个任务采用中断和查询相结合的处理方式，还有部分试验结果。实验结果表明该惯性步态测试系统具有较高的精度，稳定的性能，体积小，能实时测量，有良好的推广前景。关键词：步态分析，惯性器件组合，数据采集，DSP，卡尔曼滤波武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTInthispaper，allInertialGaitMeasurementSystembasedonMicroInertiaMeasurementUnit(MiMU)andDSPisdesignedforgaitanalysis．Thepurposeistoprovideananaly

4、ticaltoolandkinematicparametersforclinicalresearch．ThissubjectstemsfromtheintemshipinESIGELECofFrance．Atechniqueforthemeasurementofhumanbodymovementsutilizingaccelerometerandgyroscope，、而thdataacquisitionbasedontheembeddedmicroprocessorDSPandCPLDperipheralinterface．TheresearchontheKalmanFilteralgorit

5、hmforerrorcompensationispresented．Themaincontentoftheresearchareasthefollowings：Inthispaper,themeasuretheoryofInertiainstrumentisdiscussedfirstly．ThesystemisdesignedusingaseriesofaccelerometerandgyroscopeinthetechnologyofMicroelectro-mechanicalSystemhavetheadvantageoffinedynamiccharacteristics，which

6、carlimproveresponseofmeasurementsystem．Thisadvantagemakesthissystemsuperiortothosetraditionaltransducermeasurementsystemsandthedataismoreaccuratethanever．Secondly'itpresentsthetotalframeworkandthecomposing．Thehardwareofthissystemincludestransducermodule，dataacquisitionmodule，dataprocessingmodule，int

7、erfacemodulesandtransceivermodulestoPC．Becauseoftherandomdriftofinertiainstrumentcallaccumulatebyintegratingontime，wedesignaKalmanFiltertorealizetheerrorcompensation,whichrestrainstheintegratingdrifto