《基於人體下肢生物動力學模型輔助的行人導航方法研究》是依託南京師範大學，由錢偉行擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於人體下肢生物動力學模型輔助的行人導航方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：錢偉行
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
行人導航是一種可實時確定行人位置與運動狀態的導航技術，在軍事與民用領域具有廣闊的套用前景。目前行人導航主要依賴於衛星導航、無線通訊等定位技術，導航性能很大程度上受到信號條件的制約。利用人體運動特徵輔助行人導航定位的有關研究表明，人體運動規律對於最佳化行人導航機理與系統結構、提高無通訊條件下的行人導航性能具有重要作用。本項目將以生物動力學為理論基礎，探討基於人體下肢運動參數耦合模型輔助的行人導航方法。項目研究將圍繞人體下肢多剛體運動生物力學模型與運動參數耦合機理、基於運動耦合模型的行人導航機理與系統結構設計 、基於虛擬慣性系統的分散式信息融合方法等關鍵技術展開，並通過構建實驗驗證平台與系統原理樣機驗證運動參數模型與導航方法的有效性。本項目旨在突破基於生物動力學理論輔助的行人導航機理與實現方法，為增強行人導航系統的自主性與可靠性，發展環境適應能力更強、精度更高的行人導航系統奠定理論與算法基礎。
結題摘要
行人導航是一種可實時確定行人位置與運動狀態的導航技術，在軍事與民用領域具有廣闊的套用前景。人體運動規律對於改進行人導航機理、最佳化導航系統結構、提高無通訊條件下的行人導航性能具有重要作用。本項目以生物動力學為理論基礎，探討基於人體下肢運動參數耦合模型輔助的行人導航方法。 項目圍繞人體下肢多剛體運動學模型與運動參數耦合模型等關鍵技術展開研究，完成了以下研究目標：（1）研究了人體行走中下肢運動生物動力學特徵的分析方法，建立並最佳化了基於人體動力學原理的下肢線運動與角運動參數耦合數學模型，提出了基於該耦合模型的慣性參數推導方法，以及人體下肢各關節質心與體表位置的虛擬慣性感測器組件的構建方法；（2）提出了採用虛擬慣性感測組件與分散式結構的行人導航系統設計方法，研究了基於該系統設計的分散式信息融合方法，以及具有故障檢測與隔離功能的系統自適應重構方法，突破了行人導航的傳統系統結構與導航定位機理；（3）基於項目設備費與部分專用材料費，購置與研製相關硬體設備，構建了人體運動耦合機理與行人導航方法的研究與實驗驗證平台，完成了所研究理論方法的可行性論證、導航系統的性能驗證與最佳化等工作。行人導航系統原理樣機的性能驗證實驗結果表明，微慣性感測組件安裝於人體足部的行人導航系統，在電磁干擾環境中系統的導航定位誤差約占行人行進距離的3.75%；基於虛擬慣性感測組件的行人導航系統在人體較高過載的行進中可有效克服測量信息超量程、衝擊等因素對導航解算的影響，定位精度小於行進距離的6%；基於人機一體化智慧型系統的信息雙向融合協同導航方法，行人導航系統定位誤差約為行進距離的3.3％，移動機器人導航系統的誤差積累速度降低為單獨工作時的1/3。本項目旨在突破基於生物動力學理論輔助的行人導航機理與實現方法，為增強行人導航系統的自主性與可靠性，發展環境適應能力更強、精度更高的行人導航方法奠定理論與算法基礎。
