59、外骨骼人体运动捕捉系统与基于LSTM的跌倒预测方法研究

外骨骼人体运动捕捉系统与基于LSTM的跌倒预测方法研究

1 改进的外骨骼人体运动捕捉系统（E - HMCS）

1.1 人体手臂模型设计

设计人体手臂模型的目的是将其视为由三个解剖关节（肩关节、肘关节和腕关节）连接的刚性段，同时忽略肩胛骨和锁骨的运动。本研究分析了7个自由度，包括肩部屈伸、外展内收、内外旋转，肘部屈伸、旋前旋后，腕部屈伸、旋前旋后。为了便于上肢康复机器人的研究和制造，还提出了一个模拟人体手臂的3D模型，确保符合亚洲人，特别是越南人的基本人体测量参数。模型各段的长度根据佩戴E - HMCS的人的各段长度来选择。

1.2 测量角度转换为人手臂角度

测量模型E - HMCS和人体手臂模型的前两个关节顺序以及原点坐标系不同，因此它们的D - H参数不同，两个模型的第1、2、3关节的匹配角度也不同。从第4关节角度开始，测量模型的角度与手臂模型的角度一致。要将测量角度转换为人手臂角度，需要找到人手臂的({q′_1, q′_2, q′_3})角度，使两个模型的连杆2（肘部点）方向相同。

1.3 实验设置与结果

1.3.1 实验设置

为了评估改进的E - HMCS测量设备的质量，在有限条件下使用统计方法进行测量和评估。具体设置如下：
- 通过端点精度评估设备精度，即比较真实空间中的位置与Simscape环境虚拟模型中的位置，输入角度值为改进的E - HMCS设备测量的角度值。
- 设置仪器模型。
- 让一名22岁、身高1.72米、体重71公斤的男子佩戴该设备进行实验。
- 进行两种类型的研究：
- 移动到固定点实验：佩戴者将端点移动到墙上