轮履复合式爬楼轮椅的设计与运动仿真分析

针对目前爬楼轮椅普遍存在着结构复杂、只能在爬楼过程中使用、爬楼过程需要辅助等不便利的因素,设计了一种多功能电动爬楼轮椅.此款轮椅主要由平地行驶机构、上下楼梯攀爬机构、轮-履模式切换机构、前后支撑机构和座椅姿态调节机构组成.针对爬楼轮椅进行了整体机械结构的方案设计并建立了机构的仿真模型.通过对上楼/下楼运动阶段的力学分析,建立了爬楼轮椅的力学模型.采用ADAMS对爬楼轮椅的关键机构进行动力学仿真分析,仿真结果验证了爬楼轮椅轮履切换机构的合理性和可行性.所设计的电动爬楼轮椅能够根据路况环境随时切换平地/爬楼工作模式,通过座椅的调节机构实时调整座椅的姿态,最大限度提高乘坐者的安全舒适性,真正满足了老年人及残障人士独立出行的需求.     

立卧两用电动轮椅车的设计

在研究坐姿对身体产生的不利影响的基础上,突破传统轮椅的功能和结构,提出了一种可实现站立及仰卧姿态的电动轮椅车的设计方案,阐明了轮椅机构的工作原理,并对站立机构进行了运动分析.在UG/Motion Simulation模块中建立了轮椅虚拟样机,并进行了运动仿真,结果验证了轮椅机构的合理性.     

基于视觉追踪的轮椅行进控制系统

为了解决目前一些手部存在障碍的使用者无法实现自主操纵轮椅的问题,研究了一种由软、硬件相结合的视觉追踪轮椅行进控制系统。使用者头戴视觉追踪装置坐在由单片机最小系统、蓝牙模块、霍尔传感器模块组成的电动轮椅上,通过图像采集分割、瞳孔轮廓检测、瞳孔标定、容差判定等方法确定使用者眼球的位置,进而控制电动轮椅向前走、向后走、向左转、向右转和停止5个行为状态。通过实验测试,该系统操作简单、方便且灵敏度高。该系统较传统轮椅而言,适用人群更加广泛,使得一些手部无法自理的使用者能够直接通过眼睛的转动控制轮椅的行进,间接提高了他们的生活质量。     

灵巧手操作的可视化仿真系统

在将人手的抓取动作转化成灵巧手的抓取动作指令时,为快速验证手势识别和姿态转换模块的功能,同时避免由于指令的错误可能引起灵巧手的手指相互碰撞或对手指的驱动机构产生损害,特开发了灵巧手的三维仿真系统。采用3D图形软件包OpenInventor作为图形开发工具，实现了灵巧手的姿态模拟和碰撞检测功能。     

排球抛球及挥臂击球动作数据的采集与传输研究

排球抛球及挥臂击球动作具有动态性,当前数据采集与传输方法适应能力较低,导致数据采集与传输精度、实时性和可靠性受到很大的影响,为此,提出一种新的排球抛球及挥臂击球动作数据的采集与传输方法,依据每个惯性传感器得到排球运动员进行抛球及挥臂击球动作时的关节姿态数据,经实时坐标转换处理完成人体模型中的所有关节对排球抛球及挥臂击球动作的对应跟踪,获取相应数据。采集到排球抛球及挥臂击球动作数据后,通过传感器网络,依据节点传输概率对排球抛球及挥臂击球动作数据进行传输。为了使节点间协作完成数据传输,通过构建预测连接时间的数据转发模型实现数据转发。实验结果表明,所提方法具有很高的采集精度、传输实时性和可靠性。     

一种基于POMDP用户意图建模的智能轮椅导航控制方法

通过部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)模型对用户意图进行建模,提出了一种基于POMDP用户意图建模的智能轮椅导航控制方法.该方法考虑了动作的不确定性和状态的部分可观测性,对用户意图、智能轮椅导航控制的动作空间进行建模,通过状态预测进而选择行为的最优规划,实现用户期望总值的最大化.首先介绍了POMDP的原理及模型,然后提出了基于POMDP用户意图的智能轮椅控制状态空间、动作空间、观察值集合、奖赏值和概率分布,进而提出了一种基于概率密度函数的用户意图求解方法.最后,对基于POMDP用户意图建模的智能轮椅导航控制进行了试验,并对试验结果进行了分析,从而验证了所提方法的实时性和有效性.     

基于轮椅使用者的地铁导向标志可达性研究

为提升轮椅使用者的地铁出行效率,对当前北京地铁导向标志系统的指引可达性进行了研究。实验选取了影响指引可达性的路线复杂度和无障碍导向标志可用性作为自变量,寻路中的中断、迷茫、用时作为因变量,通过AHP层次分析法(analytic hierarchy process)和定量分析选择实验路线,招募参试者实地测试使用轮椅出行的效率。结果表明,复杂度对中断、迷茫和用时有显著影响;可用性对迷茫和用时有显著影响;岔路口是制约轮椅使用者寻路的关键位置。可见降低路线复杂度,提升特定岔路口处无障碍导向标志的可用性,均能提高轮椅使用者的寻路绩效。根据实验结果,建议复杂度和可用性在所给参考范围内,有利于轮椅使用者的出行保持较高效率。     

专利情报

贴合机一种贴合机,尤指一种可调整上胶动作的上胶机构,包括:一胶轮、一刮刀板、左、右两挡胶板、座,一燕尾座及一螺杆等主要组件组合而成,将刮刀板与滚轮配合使用,并于刮刀板上两侧分设置有连设挡胶板的胶板座,并连设装置于燕尾座上,而由燕尾座内的螺杆调整刮刀板与胶轮之间的间隙,其胶板座为可切换的磁性座,则可调整胶合剂的上剂宽幅,而达到调整容易,亦可控制上胶的厚薄及减底刮胶时的危险。(申请号:93207378.6 CN:2178149Y)     

可穿戴式头部摆动姿态检测系统

为解决传统人机交互方式对于部分重度残疾人士或在某些特定场合不适用的问题，设计了一种可穿戴式头部摆动姿态检测系统.首先，由头部摆动姿态检测模块采集头部的原始姿态数据；其次，在时域上分析三轴加速度数据，并利用四元数姿态解算三轴角速度数据；然后，结合三轴加速度和角速度数据确定5种头部摆动姿态相对应的阈值范围，通过滑动窗口法区分指令动作和无意识动作，完成头部摆动姿态检测；最后，采用蓝牙无线通信方式将指令传输至蓝牙子系统模块，并通过串口在上位机显示结果.试验结果表明，该系统可以准确检测头部摆动姿态、区分无意识头部动作，头部摆动姿态检测平均正确率达96%.该头部摆动姿态检测系统具有结构简单、准确率高、成本低、阈值可调等优点.     

新型电动绿篱机设计

新型电动绿篱机以小车为载体,蓄电池为动力电源,其绿篱机与翻转平台共同置于小车平台上,与小车平台一起在液压缸作用下完成升降动作,以适应不同高度的绿篱带,实现无级可调高度修剪功能。绿篱机支撑架为一种可调工作角度的承载机构,通过几何形状完成极限工作位置的自锁功能,在手动推杆作用下可实现绿篱机安装台水平和竖直两个方向的转换,完成对绿篱不同方向修剪的任务。     

基于ROS的智能轮椅室内导航

针对传统的智能轮椅都是依靠开发者单独设计的控制系统及软件框架,在功能模块上不同产品之间的通用性极其不好的问题,提出一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的智能轮椅导航方法.由于激光传感器在测距上准确率较高,该方案采用激光测距仪作为主要传感器,并运用基于扩展卡尔曼滤波器同时定位与地图创建方法进行建图.设计了基于ROS的导航软件系统,将其分为底层运动控制和上层导航功能模块两部分,通过Ad-hoc网络连接,以server/client的方式完成控制.配置了基于ROS的语音功能包,可完成语音自主导航等功能.通过多次实验证明,该方案能构建与实际环境一致的地图,并能成功地完成智能轮椅的语音导航任务.     

模糊神经网络在智能轮椅避障中的应用

针对传统的基于模糊逻辑的智能轮椅避障方法参数选取依赖设计者经验的问题,提出了一种能够自主学习的模糊神经网络智能轮椅避障控制算法.该算法结合模糊逻辑和神经网络各自的优点,并采用状态控制变量记录全向轮椅的运动状态,解决使用者期望目标方向和轮椅避障方向的选择问题,优化了避障路径,更好地满足用户对智能轮椅的舒适性需求.仿真和实物实验证明:该算法提高了避障的智能性和使用者的乘用舒适性,适用于智能轮椅的避障控制.     

基于STM32F103的智能轮椅辅助装置的设计

针对老年人乘坐轮椅时存在的包括轮椅遗失、轮椅被盗以及轮椅跌倒后无人救助的问题,设计了基于STM32F103的智能轮椅辅助装置.装置分为轮椅载体部分和穿戴部分.载体部分安装有GPS、GPRS模块及姿态检测模块,穿戴部分安装心率传感模块,两部分通过一对蓝牙进行短距离通讯,数据通过GPRS模块上传至云服务器.同时设计了手机应...     

一种肩颈部肌电信号识别的智能轮椅控制方法

为了实现利用肌电信号识别的智能轮椅系统控制,提出一种基于空域相关滤波的小波熵和近似熵特征提取与分类方法.通过分布在人体肩颈部的电极采集动作并产生多通道表面肌电信号,采用阈值比较与移动平均的数据分段方法确定活动段的起点和终点,在小波变换尺度间相关滤波的基础上提取活动段数据的小波熵和近似熵特征,设计具有二叉树结构的孪生支持向量机多类分类器,以完成5种动作模式的识别,并在预设的实验轨迹上对智能轮椅进行测试.结果表明,所提出的方法在人体头部左、右转以及双肩上提和左、右肩上提等动作模式下对肌电信号的识别率均达到88.75%.     

可抛掷移动机器人上下楼梯机构设计及仿真

针对可抛掷移动机器人体积小、质量轻,便于携带和快速部署,受自身体积限制,目前可抛掷移动机器人均不具备上下楼梯功能的问题.提出一种适用于可抛掷机器人的垂直上下楼梯机构,通常情况下,仍以抛投的形式进入工作环境,当需要进行多楼层搜索时,加装上下楼梯模块,而后以遥控模式驶入工作区.针对该机构进行控制方案设计,并基于RecurDyn及Simulink软件建立机械-控制系统模型,对机器人不同初始姿态的情况下进行上下楼梯动力学仿真.结果表明,可抛掷移动机器人能够实现自主上下楼梯功能,上下楼梯过程动作平稳.该机构解决了机器人上下楼梯性能与机器人体积重量之间的矛盾.      

模块化智能轮椅开发

该文介绍模块化智能轮椅设计、开发的全过程.通过对智能轮椅机械部分和电气部分的设计、控制软件编程,使智能轮椅完成用不同模块进行手动和自动控制的功能.     

足球正脚背射门动作的三维姿态重构方法研究

足球正脚背射门动作实时变化,不同时刻目标二维图像存在很大差异,当前三维姿态重构方法可得到的动作信息非常有限且具有姿态敏感性,导致重构结果不可靠、连续性不高。为此,提出一种新的足球正脚背射门动作的三维姿态重构方法,依据足球正脚背射门动作图像中所有像素的平均梯度平方矩阵获取Harris算子,通过Harris算子对足球正脚背射门动作特征进行提取。通过矩阵因式分解方法从观测矩阵中分解出三维姿态位置矩阵,实现足球正脚背射门动作三维姿态重构。实验结果表明,所提方法具有很高的重构精度,且连续性较高。     

安徽省大学生竞技健美操比赛难度动作分析

对2005年安徽省大学生竞技健美操比赛六人操项目的前8名共8套动作中难度动作数量、组别、分值和C组难度动作空中姿态类型,进行统计分析.结果表明:目前安徽省大学生运动员的成套动作中所选择的4个组别难度动作的比例基本合理,且符合运动员各自的身体素质能力和训练水平,完成质量比往年有很大的提高.但在C组跳与跃类难度动作的选择上缺乏多样性,存在着较多的空中姿态重复现象,与竞技健美操最新发展趋势有差距.     

基于Kinect的动作识别跟踪的机械臂平台

人工智能技术的兴起也推进了人机交互的快速发展。该系统利用Kinect视觉图像传感器识别人体骨骼数据,并完成对操作者动作的识别。通过以计算机软件为核心的上位机平台对实时数据的滤波处理、编写算法,实现从数据到控制信号的转换。系统通过串口通信的传输方式将信号传送至以Arduino为核心的下位机平台,进而完成对舵机的控制。为验证理论的可行性,团队搭建了4自由度的机械臂控制系统,并完成软件开发,可实时在计算机操作界面上显示当前骨骼角度及动作状态等其他功能。实验数据表明,基于Kinect的动作识别方法能够有效地完成预期动作的跟踪,并完成规定物体的抓取和移送,具有极高的可操作性。     

柔性姿态估计和时空特征结合的乒乓球动作视频片段关键帧提取

为了解决传统方法在场景复杂的情况下,因无法保证时间与空间上的连续性,导致乒乓球动作识别错误,影响关键帧提取性能的问题,将柔性姿态估计和时空特征结合在一起,研究乒乓球动作视频片段关键帧提取问题。依据稠密光流对乒乓球动作视频片段进行分段。对单帧图像人体柔性姿态进行估计,通过可分离线性滤波器时空特征点检测方法对乒乓球动作视频图像序列特征点的检测,将时空特征点当成中心建立时空立方体,提取时空立方体的像素建立时空特征。为了保证时间与空间上的连续性,引入时空特征边,得到有时空特征的柔性姿态估计结果。通过直方图相交法求出乒乓球动作视频片段中姿态相似度,计算全部姿态的Hog间差异度,构成差异度矩阵。在当前帧姿态差异度超过阈值的情况下认为当前帧为关键帧。实验结果表明,所提方法针对不同场景的保真率与压缩率一直高于0. 7,处于较高水平;主观评价结果好,可提取合理关键帧。可见所提方法对复杂场景的关键帧提取性能优,主观与客观评价结果好。