基于MEMS传感器的无线人体姿态识别系统设计及应用

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随着航天事业的发展,操作员需要控制空间机器人完成复杂精细的操作任务,空间机器人的人机交互方式至关重要,它的好坏直接影响着空间机器人的可用性和效率。在未来复杂航天任务需求的牵引下和先进电子信息技术的支撑下,空间机器人的人机交互系统的研发将更加深入,具有很好的应用前景。本文课题来源项目旨在研究空间机器人的人机交互方式,为了在实验室完成该项研究,本文将主要的研究内容的应用基于虚拟机械臂展开。本文主要设计并实现了基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)传感器的无线人体姿态识别系统,该系统采用传感器技术及无线通信技术,具有成本低、易于操作、精度高等优点。本论文论述了虚拟机械臂的设计和开发过程,为项目研究提供了一个友好而开放的可视化平台。在此基础上,将无线人体姿态识别系统应用于虚拟机械臂的控制。论文主要研究内容和作者工作如下:1、设计并实现了无线人体姿态识别系统。该系统主要包括主控制器、人体姿态采集模块以及无线传输模块。该系统可完成对操作员人体姿态的采集、处理、识别,并通过无线方式完成与PC机的通信,PC可接收到最终的人体姿态识别的结果。2、针对陀螺仪传感器信号的随机漂移误差,本文对陀螺仪传感器信号随机误差建立了时间序列模型并进行了卡尔曼滤波器的滤波处理。设计融合角速度信号及加速度信号求解姿态角的算法,保证了解算出姿态角的准确性。3、基于姿态角的变化定义了操作员右臂的六个人体姿态动作;根据操作员在执行这六个动作过程中姿态角的变化特性,定义了与虚拟机械臂的控制方式,并且设计了识别算法;实现了操作员通过右臂动作控制虚拟机械臂的目的。4、设计了基于MFC框架和OpenGL图形库的虚拟机械臂。虚拟机械臂可相应完成操作员右臂的六种动作。在此基础上通过实验验证了本文所述的系统应用于虚拟机械臂控制的自然性、可靠性。本文主要贡献如下:充分利用人体姿态信息作为控制的输入,使得交互更加自然和高效;所研究的内容在虚拟环境中得到了验证,保证了交互的安全性和可靠性,为进一步研究与真实的空间机器人的人机交互奠定了基础。
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