人手运动质量检测与评价方法的研究

目的 :研究人手三维运动检测装置 ,探讨人手运动质量评价方法。方法 :运用图像检测与处理技术获取人手运动的三维轨迹 ,提出了 11种指标研究与评价食指触点运动质量。结果 :应用研制的装置和提出的评价指标 ,检测分析了健康人食指触点动作的运动质量。结论 :研制的人手三维运动检测装置有较高的空间分辨率 ,使用简单方便 。

基于数据手套的虚拟人手运动建模系统的研究

研究了基于WiseGlove7S数据手套的虚拟人手运动建模系统的研究,阐述了数据手套的光纤传感器分布,提出了传感器值归一化和手势自定义的方法;对数据手套和虚拟手的软件开发包进行了详细的描述;最后基于OpenGL和Unity 3D平台分别实现了虚拟人手手势建模和虚拟人手运动运动建模。通过这些研究,可为虚拟现实中虚拟人手运动的应用提供一定的借鉴。

皮肤位移对人手运动图像三维检测精度的影响

为研究皮肤位移对人手运动三维图像检测精度的影响 ,对食指 -拇指对捏运动过程进行了测试、分析。并在此基础上 ,利用人手运动三维图像实时检测装置 ,进行了标定实验 ,取得了较为理想的测量效果。分析表明 :1)在进行手指一般运动分析时 ,如果在手指上选择优化的标志点粘贴位置 ,标志点族的面积和长度相对变化量小于 5 % ,皮肤位移产生的影响基本可以忽略不计 ;2 )皮肤位移对各指节测量精度影响有所不同 ,远侧指节误差较小 ,近侧指节产生的误差较大 ;3)当对捏指的屈曲角度增大 ,对捏运动周期百分比达 6 0 %时 ,皮肤位移对检测精度的影响快速增大。

上肢抓取运动协调控制模式分析

为了探讨人体上肢运动功能康复评定方法,本文研究了健康人抓取过程中的运动协调模式。实验检测了8名健康受试者在不同条件下抓取水杯喝水动作时手臂运动轨迹和主要控制肌群的肌电信号,并且与理论计算结果进行了比较分析,探讨了抓取运动的协调规律。结果表明抓取动作具有运动轨迹的拓扑不变性,关节角度之间存在线性协同变化关系,多块肌群结成运动协调元实现抓取运动的控制。

一种强跟踪滤波器及其在人手跟踪中的应用

通过对状态预报误差的协方差矩阵的各个分量分别进行控制,设计一种强跟踪扩展卡尔曼跟踪滤波器,并在单目相机环境下利用该滤波器对3D人手运动过程中的突变状态进行跟踪;讨论了3D人手生理模型、运动模型等问题;最后通过大量实验证明了该强跟踪滤波器的有效性.与现有的STEKF滤波器相比,文中的强跟踪滤波器具有更强的跟踪能力.

一种基于改进UKF的3D人手跟踪算法

将手指作为基本处理对象,对UKF(unscented Kalman filter)算法进行改进,并利用它对当前手指各关节进行预测;以预测值作为初值,用局部搜索技术对误差较大的关节用改进的UKF算法重新进行预测,直到该手指在像平面上的投影轮廓和图像轮廓之间的距离图满足指定的精度为止.该算法以状态变量量测值的获取作为突破口,解决现有算法中跟踪精度过分依赖于3D人手模型精度的问题.实验结果表明,该算法具有较强的处理局部自遮挡问题能力,对3D人手模型的不精确性也具有更好的鲁棒性.

基于交互行为分析的手势跟踪方法

为有效解决手势跟踪研究中的高维问题,提出一种基于交互行为分析的自然人手跟踪和交互算法。探讨了基于手势的交互行为分析和建模,建立了操作者手势的四阶段行为预测模型,揭示了手势交互的一般规律或关键特征,并给出建立行为模型的具体方法和过程;然后,研究基于提出的行为模型的手势跟踪和交互算法。采用数学方法对分段预测模型进行描述,提出多通道采样和预测手势跟踪算法。通过与几种相关算法进行的对比实验表明,该算法可以有效地改善手势跟踪的速度和精度。

食指触点运动结构模式的主元分析

为了研究人手运动结构模式的内在规律,选取食指触点动作为研究对象,对其空间运动轨迹进行快速摄像记录和分析,通过将不同样本运动轨迹归一化处理和选定参数化指标体系,对人手运动结构模式进行主元分析。分析表明:食指触点运动过程中指尖、关节的空间轨迹具有相对固定的结构模式,反映人手在慢速、快速运动中均具有普遍相似的协调规律;人手运动的速度变化、姿态调整与外界空间的状态和所需完成的操作任务有较强的相关性。主元分析法为研究人手的协调规律和机器人冗余运动协调控制提供了新的理论和方法。

食指掌指关节的正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题 ,以食指为研究对象建立了包含神经兴奋 -肌肉收缩动力响应和肌肉 -肌腱动力特性在内的食指掌指关节正向动力学模型 ,并针对该关节快速屈曲 6 0°的运动过程 ,采用参数最优化方法进行了模拟计算。模拟结果表明 ,在快速屈曲过程中 ,食指短时平均角速度近似为匀速 ,瞬时角速度呈现阻尼振荡形式。