自适应跑步机人机跳跃交互稳定性分析与控制

自适应跑步机是虚拟现实环境中用于人机交互的重要设备,为了丰富其应用场景,针对跳跃运动模式下的交互控制技术展开研究。针对人体跳跃落地稳定性分析问题,综合考虑下肢骨骼及关节肌肉的联合作用,提出一种变刚度弹簧倒立摆模型,实验结果显示所提模型能够有效实现质心运动过程建模及跳跃稳定域分析,稳定性判断准确率为93.0%。在此基础上,为了提升交互过程中的人体落地稳定性,提出自适应跑步机跳跃交互控制策略,仿真和实验结果表明,所提方法能够有效提升人体落地稳定性。同时,所提方法能够有效降低下肢关节扭矩,膝关节峰值扭矩由230 N/m降低到210.7 N/m,踝关节峰值扭矩由143.6 N/m降低到131 N/m,可期减小人体跳跃落地过程中的运动损伤风险。

基于Kinect的自适应跑步机行走速度估计方法

自适应跑步机是康复医疗和人体工程学的研究热点,也是虚拟现实运动输入设备的重要组成部分。针对自适应跑步机上人体位置相对地面几乎无变化,很难通过简单的位置差分获得到人体运动速度的问题,提出了一种适应性广、无标记点、非接触式的行走速度估计方法。将Kinect采集到的人体关节点位置数据通过四元数标定、高斯滤波和三次样条插值处理后,用步长修正算法计算出行走时的步态时空参数。基于步态时空参数估计使用者在自适应跑步机上行走时的速度。在固定速度的跑步机上,通过将速度估计值与所设定的跑步机实际速度进行对比,验证了速度估计算法有效性,该速度估计算法可以适用于自适应跑步机的控制算法开发。

自适应跑步机多运动模式人机交互技术

自适应跑步机是虚拟现实(virtual reality,VR)环境中用于人机交互的重要设备,实现该设备在VR环境下的多运动模式交互是丰富其应用场景的关键。该文构建了一种基于自适应跑步机的多运动模式交互控制架构,该架构包括感知层和控制层,感知层基于足底压力鞋垫实现高泛化性能的人体运动模式识别;控制层依据人体稳定性条件对不同运动模式(站立、行走、倒退、奔跑和跳跃)下的控制策略进行切换。该架构自动将运动模式识别结果与跑步机运动控制相结合,实现了多运动模式人机交互控制。实验结果表明:分层控制方法能够实现稳定、平滑的多运动模式人机交互,保证用户在交互过程中步态自然、姿态稳定,满足自适应跑步机的人机交互需求。

自适应运动装置控制系统设计

自适应跑步机是虚拟现实(Virtualreality,VR)技术中的重要一环,实现自适应跑步机到日常应用阶段可以有效增强虚拟现实技术的沉浸感及体验感。针对目前自适应跑步机的控制量无法高效、精确调节的问题,本文提出新型的一种自适应跑步机控制系统设计,有效提升控制效率并简化系统流程。在此基础上,提出一种根据目标运动速度实时调节的自适应控制系统,通过压力传感器及pwm调节改变电机转速及转向,达到自适应跑步机的功能实现。