基于惯性传感器的偏瘫康复监测系统的研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于惯性传感器的偏瘫康复监测系统的研究作者姓名赵金阁学科专业精密仪器及机械指导教师郑龙江教授2015年5月中图分类号：TP391学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于惯性传感器的偏瘫康复监测系统的研究硕士研究生：赵金阁导师：郑龙江教授张立国副教授申请学位：工学硕士学科专业：精密仪器及机械所在单位：电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinPrecisionInstrumentandMachi

2、neryARESEARCHOFHEMIPLEGIAREHABILITATIONMONITORINGSYSTEMBASEDONINERTIALSENSORSbyZhaoJingeSupervisor:ProfessorZhengLongjiangYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于惯性传感器偏瘫康复监测系统研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成

3、果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于惯性传感器偏瘫康复监测系统研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文

4、的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日燕山大学工学硕士学位论文摘要偏瘫是一种常见的脑卒中后遗症，偏瘫患者在患有肢体运动障碍的同时，常常伴有轻微的感觉、语言、认知等方面的障碍。目前的偏瘫康复训练主要以医师协助训练及机械式的康复器械为主，忽略了在协助训练之余，偏瘫患者的自助康复训练过程。随着MEMS传感器技术的日渐成熟，惯性捕捉技术越来越多的应用于人们的日常生活中。本文结合偏瘫患者自主康复训练过程及惯性传感器技术，提出了

5、一种基于惯性传感器的偏瘫患者运动康复过程的跟踪与评价的新方法，主要应用于痉挛减轻阶段偏瘫患者的自主康复过程的姿态跟踪及运动能力的评定。具体的设计方案主要包括以下几个方面。首先，研究本文课题的国内外发展现状及背景意义，确定本课题研究的可行性。从整体上设计了研究课题的结构和框架，设计了基于MSP430单片机的IMU姿态测量单元，将偏瘫患者自主康复训练的相关理论与惯性导航的具体实践相结合，搭建实验系统平台。其次，本文选取多组常见的偏瘫康复训练动作，对患者进行相应的运动监测。根据不同动作构建了相应的运动模型，提出相应的解算方法，并进

6、行完整度评价。在数据融合过程中，结合传统的Kalman滤波器以及具体的运动模型，提出了基于平面约束的捷联算法，优化了数据融合算法，提高了精度。再次，根据传统的传感器误差模型，在传统的静态修正算法基础上引入人工鱼群智能算法，该方法避免了复杂数学模型的解算过程，并对整个采样过程进行了简化，使算法更适用于嵌入式系统。最后，对本文所提出的算法进行了实验分析。首先针对多组动作基于传统Kalman以及平面约束捷联算法进行了对比分析，确定了所提出算法的有效性。其次，模拟肩关节和肘关节的运动轨迹，计算评价角度，最终给出所选动作的完整度评价。

7、关键词：偏瘫；运动捕捉；平面约束；Kalman滤波；人工鱼群算法-VI-AbstractAbstractHemiplegiaisacommoncerebrovascularsequela.Hemiplegiapatientssufferfrombodymovementdisorders,andatthesametime,theyareoftenaccompaniedbyaslightfeeling,language,cognitivedisorders.Nowadays,thecurrenthemiplegiarehabil

8、itationtrainingismainlyassistedbyphysiciansorbythemechanisticrehabilitationequipment,butignoresthetrainingprocessallbytheirselvesinsparetime.With