【正文】 到現(xiàn)在仍被用來研究人體運(yùn)動。他們在 1836 年用時(shí)鐘計(jì)時(shí)的方法測量了人在走路過程中的時(shí)間空間特征，并得出了步速和身體支撐時(shí)間成反比關(guān)系的結(jié)論。十九世紀(jì)末，意大利科學(xué)家列奧納多 人體運(yùn)動信息采集及應(yīng)用的發(fā)展與現(xiàn)狀 據(jù)人類現(xiàn)有的文字記載，早在公元前 500 年到 300 年，古希臘的哲學(xué)家己經(jīng)有了描述分析人體運(yùn)動的記載，但真正意義上的人體運(yùn)動研究是和人體解剖學(xué)的完善及力學(xué)的發(fā)展分不開的。 總所周知，人體的構(gòu)造十分的復(fù)雜，故而對人體運(yùn)動學(xué)的研究也就要涉及的很多的學(xué)科，要找到這些學(xué)科如運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、人體解剖學(xué)等諸多學(xué)科的交叉，采集人體運(yùn)動信息，以及在各種力的作用下，人體內(nèi)部器官系統(tǒng)力學(xué)與人體進(jìn)行局部或者整體運(yùn)動時(shí)，人體在時(shí)間和空間的位置，姿勢、運(yùn)動狀態(tài)等的變化規(guī)律，繼而進(jìn)行分析研究 [1]。而且各種體育賽事已經(jīng)深入到人類活動的每一個(gè)角落，體育競技的強(qiáng)度也在不斷提升，整個(gè)社會都在努力地尋求突破，需要掌握更多的人體運(yùn)動信息，這也進(jìn)一步促進(jìn)了整個(gè)人類社會在這個(gè)領(lǐng)域的巨大投入。 人類對人體運(yùn)動研究的發(fā)展歷程 ................................... 2 人體運(yùn)動信息的應(yīng)用現(xiàn)狀 ......................................... 3 有關(guān)人體運(yùn)動信息研究的應(yīng)用 ..................................... 4 1． 3 論文的主要工作和章節(jié)安排 ........................................ 5 2 人體運(yùn)動信息采集與分析的理論基礎(chǔ) ................................... 7 2． 1 運(yùn)動生物力學(xué)的相關(guān)理論 .......................................... 7 運(yùn)動生物力學(xué)的基本運(yùn)動參數(shù) ..................................... 7 運(yùn)動生物力學(xué)的測量方法 ......................................... 7 2． 2 人體生理結(jié)構(gòu)及運(yùn)動特點(diǎn) .......................................... 8 人體關(guān)節(jié)、環(huán)節(jié)的運(yùn)動 ........................................... 8 人體運(yùn) 動的特點(diǎn) ................................................. 8 2． 3 人體運(yùn)動模型的建立 .............................................. 9 人體的棒狀模型 ................................................. 9 人體運(yùn)動坐標(biāo)系的建立 .......................................... 10 2． 4 小結(jié) ........................................................... 12 3 人體運(yùn)動信息采集與分析的方法 ...................................... 13 3． 1 人體運(yùn)動信息采集的方法 ......................................... 13 光學(xué)測量方法 .................................................. 13 非電量電測法 .................................................. 14 肌電信號測量法 ................................................ 14 3． 2 基于加速度傳感器的運(yùn)動信息采集與分析 .......................... 15 3． 3 小結(jié) ........................................................... 16 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁 共 II 頁 4 人體運(yùn)動信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................ 18 4． 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ................................................... 18 4． 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................... 19 信號采集單元電路設(shè)計(jì) .......................................... 19 數(shù)據(jù)處理單元電路設(shè)計(jì) .......................................... 23 4． 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................... 28 信號采集單元程序設(shè)計(jì) .......................................... 28 數(shù)據(jù)處理單元程序設(shè)計(jì) .......................................... 30 4． 4 本章小結(jié) ....................................................... 33 5 結(jié)論 .............................................................. 34 附錄 ................................................................ 36 參考文獻(xiàn) ............................................................ 37 致謝 ................................................................ 39 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 39 頁 1 緒論 、目的和意義 課題研究背景 人類作為物質(zhì)世界的一種生物體，理所當(dāng)然是與運(yùn)動密切相關(guān)的，現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)也明確的告訴我們，物質(zhì)的運(yùn)動時(shí)絕對的，大到宏觀世界宇宙間的天體、星系，小 到微觀世界的分子、離子、電子等，都是無時(shí)無刻不在運(yùn)動。 other motion parameters are solved by the mathematical relationship between acceleration parameter and velocity, displacement,etc.. Thereby, motion gesture and action trace of human body can be analyzed. A system which consists of signal collection unit and data processing unit is developed to plete collection and data analysis from the motion information at most 5 sensor work nodes using ARM7 and ADXL330. The experiments of motion measurement are done on the basis of performing the testing of system performance,and the system is applied in puter game for the reliability testing. The results show that collecting and analyzing motion information of human body by the system is a feasible method. The analysis of simple body motion using acceleration parameter is a convenient and feasible method. But more information is required to be analyzed synthetically in the plex motion. Therefore, it is necessary for the study of body motion to synthesize a variety of methods and obtain as much information as possible, which makes the analysis of body motion more scientific and rational. Key Words ： Motion biomechanics, Body motion model, Collection of motion information, Acceleration sensor, Motion Measure men 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁 共 II 頁 目錄 1 緒 論 ............................................................... 1 1． 1 課題研究的背景、目的和意義 ...................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。在對系統(tǒng)完成性能測試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了運(yùn)動測量的實(shí)驗(yàn)，并將其應(yīng)用到電腦游戲的控制中進(jìn)行可靠性的測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了利用運(yùn)動信息采集系統(tǒng)對人體運(yùn)動信息進(jìn)行采集和分析的方法是可行的。 在對人體結(jié)構(gòu)及人體運(yùn)動的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹和總結(jié)的基礎(chǔ)上，為了便于人體運(yùn)動研究，建立了人體運(yùn)動的棒狀模型及便于分析計(jì)算的人體坐標(biāo)系。本文以運(yùn)動生物力學(xué)理論為基礎(chǔ)，對人體運(yùn)動參數(shù)的測量和分析方法進(jìn)行了研究，主要目的在于探索運(yùn)動生物力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，通過運(yùn)動生物力學(xué)參數(shù)的測量、分析揭示人體運(yùn)動的規(guī)律，在人體姿態(tài)識別、體育訓(xùn)練等方面提供理論指導(dǎo)。 自行 設(shè)計(jì) 了運(yùn)動采集系統(tǒng)，系統(tǒng)分為信號采集單元與數(shù)據(jù)處理單元兩個(gè)部分，以 ARM三軸加速度計(jì) ADXL330 為核心，可實(shí)現(xiàn)最多 5 個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息采集及數(shù)據(jù)分析。 關(guān)鍵詞 ： 運(yùn)動生物力學(xué) ， 人體模型 ， 運(yùn)動信息采集 ， 加速度傳感器 ， 運(yùn)動測量 Design of Human Motion Information Collection System Based on Acceleration Sensor ABSTRACT Human has always paid broad attention to body motion relating close to human health. With the development of motion biomechanics and anthropometry, people have increasingly deeply studied human body motion. The paper focuses on the measurement of body motion parameters and analysis method of body motion based on the theory of motion biomechanics. The contents involve the study on the relationship between parameters of motion biomechanics, the analysis of the law of body motion by measuring motion biomechanics parameters to provide theoretical guidance for recognition of human gesture, physical training, and so on. Human structure and characteristics of body motion are analyzed and summarized,on the basis of which rod model and coordinate system of human body are built to provide convenience for the study of body motion. The method of measuring body motion with acceleration sensor is presented with the analysis of mon measurement method of body motion parameters. The measurement o