摘要：為了解決動物運動力學數據采集系統中的多通道、高采樣率和大量數據實時存儲等問題，提出了一種基于虛擬儀器技術及其圖形化開發環境的系統設計方案。系統以PXIe和LabVIEW為平臺，采用3×8傳感器陣列、72通道數據采集與處理模塊和高速攝像機等，同步采集力學數據和圖像數據。實驗表明，該系統可以準確獲得動物運動過程中各個腳掌的三維接觸反力和協調運動行為數據，為仿生機器人的研究提供了理論基礎。
關鍵詞：傳感器陣列；PXIe；LabVIEW；運動力學；數據采集

運動是動物捕食、逃逸、生殖和繁衍等行為的基礎，許多動物具有在各種表面(地面、墻面和天花板等)迅速、敏捷爬行的能力，如壁虎、蜜蜂和蟑螂等。對動物運動行為和力學的研究，可以揭示動物的運動特性和規律，為仿生機器人的研究提供重要理論基礎。虛擬儀器技術及其圖形化開發環境為動物運動行為和力學的研究提供了很好的方法，NI公司開發的LabVIEW是目前廣泛應用的虛擬儀器軟件，它是一種基于G語言的圖形化編程語言，其圖形化界面可以方便地進行虛擬儀器的開發，在數據采集、儀器控制、測試測量等領域得到了廣泛的應用。
壁虎、蜜蜂和蟑螂等動物的接觸反力為毫牛級或微牛級，需要精密的信號采集與處理系統，目前大部分的動物接觸反力測試系統，只能獲得單個腳掌或整個身體的力學信息，無法采集到動物運動過程中各個腳掌的三維接觸反力和協調運動行為數據。本文介紹了一種基于PXIe和LabVIEW的動物運動力學數據采集系統，系統的PXIe模塊集信號調理、A／D轉換、采樣／保持等多個環節于一體，解決了動物運動力學數據采集系統中的諸多問題，為探索和發現動物運動力學規律提供了重要的方法。

1 系統總體結構
數據采集就是將模擬信號轉換為數字信號，然后使用計算機進行處理、顯示及存儲的過程，相應的系統稱為數據采集系統。在動物運動力學數據采集系統中，傳感器陣列把動物運動時的力學信號轉化為電信號，通過PXIe數據采集模塊對該信號進行處理和采集，最后在LabVIEW程序中實現數據的處理、顯示和保存；高速攝像機和冷光源用于記錄動物運動過程中的運動學信息。力學數據和行為數據通過單片機(AVR Mega16)同步觸發采集。系統結構如圖1所示。