柔性力敏傳感在人體運動信息獲取和反饋訓練中的應用研究.pdf

1、隨著人機交互技術發(fā)展進入自然交互階段，對傳感技術也提出了更進一步的要求，柔性力敏傳感器具有高密度、高柔韌性、高貼合性等物理特點，適合柔性、曲面和不規(guī)則形狀界接觸力信息檢測，它是人手掌和足底與外界交互作用力信息獲取的一種有效手段。本文針對競技體育、全民健身和康復治療領域的若干典型應用場景，在國家自然科學基金、國家體育總局全民健身攻關課題等支持下，首先開展了在傳感器性能的標定校準，在此基礎上以柔性力敏技術為核心構建人體運動信息獲取和反饋訓練

2、系統(tǒng)。
　　1.柔性力敏傳感器信號校準及處理方法研究。
　　在不規(guī)則曲面壓力測量中，剪切力和曲面曲率對柔性力敏傳感器的性能有著顯著影響，本文對此研究了傳感器信號校準及處理方法。針對由于剪切力引起的測量誤差，通過改造偏擺儀構建剪切力標定裝置，建立傳感器表面的剪切應力-傳感器輸出模型，研究發(fā)現(xiàn)傳感器表面的剪切應力能增大傳感器的輸出，其中較小徑向垂直加載時影響較明顯，接近8％;針對曲面半徑引起的測量誤差，設計了一種可變曲面半徑的標

3、定裝置，建立曲率半徑-傳感器輸出模型，研究證實的曲率半徑減小傳感器數(shù)據(jù)的輸出，其中曲面半徑越小對傳感器的準確性影響越明顯，半徑為20mm，傳感器的輸出偏差能達到-16.7％。驗證實驗表明，本文所設計的標定校準方法顯著提升運動環(huán)境下手接觸力信息和足底接觸力信息測量準確性。
　　基于柔性力敏傳感的人體運動信息檢測方法研究。
　　準確測量摩托車駕駛過程中手掌-把手接觸力信息，對評估摩托車選手技術合理性、優(yōu)化騎行技術、預防事故風險具

4、有重要作用。本文使用柔性力敏傳感技術實現(xiàn)了曲面接觸下手與摩托車器件的接觸力信息獲取，使用自適應模糊神經(jīng)網(wǎng)絡粒子群優(yōu)化算法設計了手功能動作識別算法，結合傳感器標定校準處理優(yōu)化了檢測效果，構建了一種不妨礙摩托車運動員正常操作的過程化、細節(jié)性手操控信息獲取力感應手套式系統(tǒng)。試驗表明，摩托車力感應手套式系統(tǒng)對剎車、離合動作的識別準確率能達到90％以上，油門、轉向技術動作的準確識別率通過曲面校準后準確識別率提高到85％以上，應用于澳大利亞超級摩托

5、車聯(lián)盟職業(yè)賽車運動員的技術診斷和訓練指導。
　　下肢力量是蹦床、舉重等競技體育項目的核心評價指標，以往主要采用測力平臺進行下肢力量評估，其安裝與標定過程復雜、難以實現(xiàn)便攜式快速測量。對此，本文使用柔性力敏傳感技術研制的便攜式壓力平板，在特征層對足底地面反作用力的時間域和空間域信息進行相似度分析，建立了一種基于足底地面反作用力Morlet小波分析的下肢力量精確性評價方法。該裝置具有安裝簡便、場地限制少等優(yōu)點，所構建的預測模型顯著性小

6、于0.01，能較好地區(qū)分不同等級運動員的下肢力量精確性水平，已應用于我國蹦床運動員的選材和訓練指導。
　　3.基于柔性力敏傳感的反饋訓練研究。
　　學齡前兒童平衡能力綜合反映骨肌與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育水平，發(fā)展低成本、可普及至學校和家庭的專項訓練儀器，對于促進學齡前兒童身體機能具有重要意義。本文整合柔性力敏傳感的平衡能力檢測和基于光學運動捕捉的體感游戲，設計了基于自適應興趣動機模型的訓練處方管理方法、基于平衡能力量化評估的訓練方案動

7、態(tài)調(diào)整方法，相比傳統(tǒng)方法，不僅能有效增加能耗增強身體活動水平(P＜0.05)，同時能顯著改善平衡能力(P＜0.05)，形成一種低成本、適合居家訓練的平衡能力測訓一體化系統(tǒng)。
　　功能性電刺激治療廣泛應用于偏癱等步行障礙的康復治療，在運動過程中結合目標肌群自主收縮進行強化電刺激訓練，是該領域的研究熱點。本文采用柔性力敏傳感技術檢測足底壓力信息，采用標定校準處理抑制行走過程中摩擦力等剪切應力對測量結果的影響。由于能準確識別步態(tài)時項，尤