人手生理性震顫測試關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、生理性震顫是一種有節(jié)律不自主的身體運動。在顯微操作中,由于操作精度和生理性震顫振幅相當(dāng),操作十分困難?；谥鲃邮降恼痤澭a(bǔ)償系統(tǒng)原理簡單、價格低廉,需要對震顫進(jìn)行精確測量。本文基于慣性測量原理設(shè)計了一套震顫測試系統(tǒng),對手臂震顫進(jìn)行測量。
　　震顫測試系統(tǒng)包括信號測量和信號處理兩個部分。震顫信號采用無陀螺慣性測量單元進(jìn)行測量,解決了光學(xué)測量實際應(yīng)用難和MEMS陀螺儀精度低的問題。慣性測量單元采用9加速度計的配置方式,避免求解微分方程組

2、。為了提高測量精度,角速度的解算采用積分—開方融合算法,解決了積分法求解角速度時誤差累計的問題。捷聯(lián)矩陣用來實現(xiàn)物理量的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,捷聯(lián)矩陣的求解采用四元數(shù)方法,易于在實時系統(tǒng)上實現(xiàn)。信號處理包括誤差分析、震顫信號的提取和建模。對測量系統(tǒng)的誤差源進(jìn)行了分析,重點對系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差的頻率特性進(jìn)行了分析,使用Allan方差方法對隨機(jī)誤差進(jìn)行了參數(shù)辨識,并使用一階高斯—馬爾科夫模型對隨機(jī)誤差進(jìn)行建模。在對噪聲和震顫信號進(jìn)行頻率特性分析的

3、基礎(chǔ)上,使用濾波方法對噪聲進(jìn)行消除,實現(xiàn)信噪分離。根據(jù)震顫信號與正弦信號相似的特性,使用傅里葉及其衍生算法對其進(jìn)行了擬合,并使用自回歸模型對震顫信號進(jìn)行了前向預(yù)測。
　　對加速度計在靜態(tài)條件下進(jìn)行了試驗,使用Allan方差分析方法對輸出信號進(jìn)行了參數(shù)辨識;對加速度計在動態(tài)條件下進(jìn)行了試驗,驗證了震顫信號提取方法的有效性;對慣性測量單元在動態(tài)下進(jìn)行了試驗,驗證了其對目標(biāo)軌跡的跟蹤性能。
　　基于慣性測量原理設(shè)計的震顫測試系統(tǒng)具