基于无线通信技术的人体运动捕捉系统研究与设计

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运动捕捉技术是指通过传感设备记录人体运动数据,经过计算机处理并实时动态显示。它涉及数据采集,空间物体的定位、加速度和角速度测量,数据传输、处理及显示等。运动捕捉技术凭借其优势,广泛应用在动作分析、电影特效、医学、机器人全自主控制等领域。在人体相关应用领域,它是一项重要的技术。它能实时、精确地捕捉到人体在空间的运动姿态,给研究人员提供科学、可靠的数据。这项技术促进了很多行业的发展,带来革命性的变革。ARM嵌入式微处理器集成多项功能,代码执行和数据处理能力强。其中Cortex-M3LPC17XX系列具有操作简单和功能强大的特点。本论文利用LPC17XX作为处理器来完成对系统的控制及执行操作。随着各项技术的发展,芯片走向高度集成化。这促进了人体运动捕捉设备向体积小、功耗低、实时性强的方向发展。同时,无线传感器技术的出现,将给待测试人员留有更大的活动空间,使得人体运动捕捉仪器更易佩戴,更易走进人们的生活。论文首先介绍了课题的研究背景、目的及意义,并分析了目前商用运动捕捉系统的实现方式及其优缺点,其次分析了基于微传感器的人体运动捕捉系统所涉及的相关原理,结合人机工程学给出了人体各关节运动的形式、范围及自由度数目,描述了加速度、陀螺仪及磁强计传感器的工作原理,推导出坐标系变换矩阵及4种坐标变换相关的捷联导航算法并进行优缺点对比,最终选用四元数法来实现姿态解算,以及概述了蓝牙技术的特点等。再次,根据系统设计要求选择合适传感器,完成了软硬件设计。硬件设计采用AltuimDesigner软件绘制PCB。最后对各模块进行测试工作,主要包括开发板的调试、蓝牙通信的测试、传感器数据的采集以及在MATLAB中显示波形等。论文主要研究基于MEMS传感器组成的人体运动捕捉系统节点设计和蓝牙无线传输。本文设计了一套采用无线传输技术的人体运动捕捉开发板,解决了目前有线连接方式带来的局限性。测试结果表明,本论文所设计的开发板,在人体运动时可以比较准确地获取关节真实运动的姿态数据,并实现无线传输。同时它也可应用到多种场合并进行多次开发,对今后研究人体运动捕捉技术有一定的参考价值。
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