人体步态检测是仿人机器人研究领域的重要课题。随着科技的日益发展,步态检测装置与分析系统越来越多,如足底压力检测装置、表面肌电检测装置、测力平台和基于视觉的步态分析系统等。本文设计了一种基于航姿参考系统AHRS(Attitude and Heading Reference System)的动态捕捉系统,实现步态的实时检测。主要研究内容如下:(1)基于Allan方差法的系统误差分析。不同惯性传感器的特性差异很大。本文采用Allan方差分析方法对几款常用的九轴惯性传感器(如MPU9250、LSM9DS0、BMX055)进行误差分析。经实测数据分析,选择误差较小的MPU9250作为本系统的芯片。(2)多AHRS节点的设计与组网。基于STM32F405和MPU9250完成单个AHRS节点的硬件设计。对比几种典型无线传输技术,设计了基于Wi-Fi组网的数据传输方式,满足步态检测的数据传输要求,提高了系统可穿戴性。(3)通信与数据处理程序设计。通过I~2C完成AHRS节点的数据读取。实现了Wi-Fi组网中的Socket通信设计。简单介绍了一种基于梯度下降算法的姿态估计方法,完成了人体步态检测系统的软硬件平台搭建。(4)基于虚拟机器人实验平台(Virtual Robot Experimentation Platform,V-REP)的人体模型重建与联动。在V-REP下构建人体模型,并将每个节点与人体关节对应,利用机器人运动学消除髋关节和膝关节的运动耦合。通过安装在下肢多个AHRS节点采集人体运动数据,并实时传输到V-REP中重建人体运动姿态,实现对人体步态的实时捕捉。本文基于多个AHRS节点,构建了一套可用的人体步态检测系统。通过传感器分析、硬件设计和组网、数据传输和解算、人体模型重建等方面的工作,已经在实验室设计完成并进行了初步实验。