【正文】 進(jìn)了整個人類社會在這個領(lǐng)域的巨大投入。隨著時代的發(fā)展，當(dāng)代的人們對健康的更加關(guān)注及需求，也推動著與其息息相關(guān)的人體運(yùn)動研究的發(fā)展。 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 ........................................ 18 4． 1 系統(tǒng)總體設(shè)計 ................................................... 18 4． 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................... 19 信號采集單元電路設(shè)計 .......................................... 19 數(shù)據(jù)處理單元電路設(shè)計 .......................................... 23 4． 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................................... 28 信號采集單元程序設(shè)計 .......................................... 28 數(shù)據(jù)處理單元程序設(shè)計 .......................................... 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，都是無時無刻不在運(yùn)動。 課程研究目 的及意義 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 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 ...................... 錯誤 !未定義書簽。因此，對于人體運(yùn)動的研究，應(yīng)綜合多種方法，盡可能獲取更多的信息，以使得人體運(yùn)動分析更加科學(xué)、合理。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。應(yīng)用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)了對肢體運(yùn)動的測量，并利用加速度 參數(shù)與速度、位移等參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系實(shí)現(xiàn)了對其它運(yùn)動參數(shù)的求解，從而對人體運(yùn)動的姿態(tài)、動作軌跡等進(jìn)行分析。 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算的人體坐標(biāo)系。 畢業(yè)設(shè)計說明書 基于 加速度傳感器的人體運(yùn)動信息 采集系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2020 年 6 月 基于加速度傳感器的人體運(yùn)動信息采集系統(tǒng)設(shè)計 摘要 人類運(yùn)動與人體健康息息相關(guān)，一直以來受到人們的廣泛關(guān)注，隨著運(yùn)動生物力學(xué)、人體測量學(xué)的發(fā) 展，人們對人體運(yùn)動的研究日益深入。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)。通過對常用人體運(yùn)動參數(shù)測量方法的分析，提出了利用加速度參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動測量和分析的方法。 自行 設(shè)計 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)處理單元兩個部分，以 ARM三軸加速度計 ADXL330 為核心，可實(shí)現(xiàn)最多 5 個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息采集及數(shù)據(jù)分析。 利用加速度參數(shù)對人體簡單運(yùn)動進(jìn)行分析的方法方便可行，但在復(fù)雜運(yùn) 動的分析中，則需要更多的信息進(jìn)行綜合分析。 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 bui