人体足部运动状态压力传感采集模块设计及实现开题报告

全文总字数：6362字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

随着科学技术的不断发展，人民生活水平越来越好，科学技术在生活中的应用日益加深。外骨骼助力机器人作为一种人体的辅助设备，得到了空前的发展。在军用中，它可以满足信息化作战的需要^[1]，主要用于增强士兵完成长时间负重行走、搬运弹药及物资等任务的能力。在民用中，在医学领域有极大作用，可以帮助人们更好地监测身体运动状态同时也可大大提高残疾人士的生活自理能力。外骨骼机器人穿戴在人身上，通过机载计算机系统对传感系统传来的人体运动信息进行运算推理，进而完成外骨骼各驱动关节控制。通过对身体固有的生理特性和内在的行为特征进行监测，并通过科学技术的处理，实现运动人体行为的识别是重点的研究范围。其中，人体运动状态的数据采集是重要的一环。

步行是人类最基本的行为方式，步行动作实际上是一个精确而复杂的动作，在行为表现方式上就是下肢交替前行并同时保持站立平衡^[2]。人体足部运动状态的数据采集是研究人体运动状态的一个重要数据来源，对于人体运动状态研究具有非常重要的现实意义。早期人们通过观察跌在软材料上的形成的脚印，并根据其不同部位的深浅程度来采集足部运动状态的动力学数据。得益于计算机以及传感器技术的发展，足部运动状态的精确量化分析逐渐成为被广泛使用的评估和研究工具。对于数据的采集有许多种方式，其中随着柔性压力阵列传感器技术的成熟，在很多重要的地方铺设很大面积的压力感应场地在成本上、技术上已经成为现实，基于足底压力的传感器的运动状态数据采集具有便携性、实用性、全天候等独特优点^[3]，成为较好的选择。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标是完成基于压力传感器的人体运动状态数据采集模块硬软件设计，通过rs-485总线实现与上位机的通信，并实现数据采集及分析。

设计的基本内容就是对人体足部运动状态的数据采集传输过程相关软硬件的一系列研究。通过查阅相关资料，了解课题背景，熟悉基本流程及操作，设计基于压力传感器的采集硬件电路，利用qt软件设计相应程序流程，采用c语言编写软件代码来完成足底压力采集模块的软件设计。完整的采集模块应包括cpu模块、通信模块、a/d模块、信号调理模块、i/o模块、定时模块、主界面模块等单元，主要的研究内容有：

（1）cpu模块的选型，采用stm32f101，实现对采集模块的总控制处理。

3. 研究计划与安排

第1~3周：查阅中、英文资料，完成开题报告。完成不少于2万字符的英文翻译任务；

第4~8周：学习人体运动数据采集的流程及压力传感器的调试和编程；

第9~16周：完成基于压力传感器的人体运动数据采集模块设计及实现；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] f. lin, a. wang, y. zhuang, m.r. tomita and w. xu. smart insole: a wearable sensor device for unobtrusivegait monitoring in daily life. ieee transactions on industrial informatics, 2016,12(6): 2281-2291.

[2] y. wu, w. xu, j. j. liu, m.huang, s. luan and y. lee. an energy-efficient adaptive sensing framework forgait monitoring using smart insole. ieee transactions on sensors, 2015, 15(4): 2335-2343.

[3] 宋遒志, 王晓光, 王鑫等. 多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析[j]. 兵工学报, 2016, 37(1): 172-185.