基于semg的虚拟座舱交互头部运动建模及时延补偿研究

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1、中图分类号：V212.1论文编号：102870716-S056学科分类号：082304硕士学位论文基于sEMG的虚拟座舱交互头部运动建模及时延补偿研究研究生姓名刘礼浩学科、专业载运工具运用工程研究方向航空器运行品质分析与仿真指导教师吴东苏副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationResearchonmodelingofheadmovementbasedonsurfa

2、ceEMGsignalsandcompensationoftimelaginvirtualcockpitinteractionenvironmentAThesisinVehicleOperationEngineeringbyLiuLiHaoAdvisedbyAssociateProfessorWuDongSuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕±学位论文是本人在导师指导下进

3、行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可［＾将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：全沿／Ｉ杂］日期：Ｊ、、ｐ．ｖｉＬｊｆ南京航空航天大学硕士学位论文摘要针对仿真参与者在长时间佩戴虚拟现实头盔时会出现失去方向、恶心

4、呕吐等仿真病的问题。产生仿真病的原因很多，其中，视觉延迟是产生仿真病最重要的原因。本文以减小仿真过程中产生的视觉延迟为目标，从提高头部运动预测精确性的角度出发，建立精确的头部运动模型，提出和比较三种有效的预测算法（基于CV和CA模型的卡尔曼滤波头部运动预测算法和基于sEMG的头部运动时延补偿算法），并得到预测算法的相关结果。论文主要工作有：（1）对sEMG信号进行了概述，并阐述了sEMG信号的产生原理和特点。对虚拟座舱环境下人体头部的运动特性和相关骨骼肌肉进行了研究。对视觉延迟进行了概述，并阐述了视觉延迟产生的原因。（2）对头部运动实验进行

5、设计，确定实验运动类型。利用肌电仪和陀螺仪分别采集了576组肌电数据和432组惯性数据。（3）建立CV模型和CA模型，并对两种算法（基于CV模型的卡尔曼滤波头部运动预测算法和基于CA模型的卡尔曼滤波头部运动预测算法）的预测效果进行比较。（4）设计sEMG信号预测头部运动可行性实验，对sEMG信号进行预处理和特征提取，将提取的特征量输入前向神经网络进行训练，并将训练后得到的角加速度输入卡尔曼滤波器进行预测。建立基于sEMG的头部运动时延补偿模型，并对两种算法（基于CA模型的卡尔曼滤波头部运动预测算法和基于sEMG的头部运动时延补偿算法）的预测

6、效果进行比较。关键词：视觉延迟，头部运动，表面肌电信号，前向神经网络，特征提取，卡尔曼滤波I基于sEMG的虚拟座舱交互头部运动建模及时延补偿研究AbstractTherearemanycausesofsimulationdiseasefortheproblemthattherewillbealossofdirection,nauseaandvomitingandothersimulationdiseaseswhenthesimulationparticipantswearvirtualrealityhelmetinalongtime.Amo

7、ngthem,Visualdelayisoneofthemostimportantreasonsforthesimulationdiseases.Inthispaper,toreducevisualdelayproducedinthesimulationprocessisregardedasthegoal.Toestablishtheprecisemodelofheadmovement,Istartwithimprovingtheheadmovementforecastingprecisionofangleofviewsothatthree

8、effectivepredictionalgorithms,whicharebasedonCVandCAmodelKalmanfilterheadmotionprediction