一种助老伴行人手振动舒适度调节装置及其调节方法转让专利
申请号 : CN201811319873.3
文献号 : CN109259989B
文献日 : 2019-10-11
发明人 : 张小栋 , 穆小奇 , 徐海鹏
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,包括传感器模块(2)、设置在助老伴行机器人(1)上的数据采集模块、中央处理模块和调节模块(3),数据采集模块用于接收传感器模块(2)实时采集老年人手部承受的来自助老伴行机器人手把作用的振动加速度信号,经预处理后发送给中央处理模块;中央处理模块根据接收的信号进行人手振动舒适度评价,然后根据评价结果触发调节模块(3)对老年人手部进行舒适度调节。
2.根据权利要求1所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,数据采集模块设置在助老伴行机器人(1)的后备箱(4)内,包括信号调理模块和数据采集卡,信号调理模块通过屏蔽线与传感器模块(2)连接,用于对采集的老年人手部承受的原始振动加速度信号进行预处理;
数据采集卡用于将采用信号调理模块处理的老年人手部承受的振动加速度信号数据进行收集并发送至中央处理模块。
3.根据权利要求1所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,中央处理模块设置在助老伴行机器人(1)的后备箱(4)内,包括舒适度评价模块和DSP微处理器,舒适度评价模块通过DSP微处理器与调节模块(3)连接。
4.根据权利要求3所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,DSP微处理器采用32位定点数字信号处理器,型号为TMS320F28335。
5.根据权利要求1所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,传感器模块(2)采用MEMS电容式三轴加速度计,设置在老年人手背处。
6.根据权利要求1所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,调节模块(3)采用阻尼调节方式,安装在助老伴行机器人(1)的腿部下端支撑处。
7.根据权利要求6所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,其特征在于,调节模块(3)包括驱动器、步进电机、阀杆和阀门,驱动器的输入端与中央处理模块连接,输出端与步进电机连接,步进电机经阀杆与阀门连接,用于改变节流孔的油液通道截面积。
8.一种助老伴行人手振动舒适度调节装置的调节方法,其特征在于,利用权利要求1至
7中任一项所述的助老伴行人手振动舒适度调节装置,采用振动加速度感知技术获取老年人手部承受的来自助老伴行机器人手把作用的振动加速度信号,并对获取的振动加速度信号进行特征提取,获取表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关变化特征;
根据获取的表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关变化特征进行人手振动舒适度评价,并根据人手振动舒适度评价结果,对助老伴行机器人腿部下端支撑处的调节模块进行调节,调整老年人手部的振动加速度信息,完成人手振动舒适度调节。
9.根据权利要求8所述的调节方法,其特征在于,采用时域分析法对老年人手部承受的振动加速度信号数据进行特征提取,采用粒子群优化-BP神经网络非线性补偿算法对老年人手部承受的振动加速度信号数据进行补偿修正,获取老年人手部承受的振动加速度信号的时域特征-最大值,并将振动加速度参数的相关时域特征用来表征助老伴行人手振动舒适度。
10.根据权利要求8或9所述的调节方法,其特征在于,人手振动舒适度评价具体为:
2
设定老年人手部承受的振动加速度舒适范围小于1m/s ,采用振动加速度参数的相关时域特征与其舒适范围比较进行人手振动舒适度评价,若表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关时域特征不在相应的舒适范围内时,表明老年人手部处于不舒适状态,若在相应的舒适范围内时,表明老年人手部处于舒适状态,保持原状;
若经过舒适度评价模块判定出老年人手部承受的振动加速度超出其舒适振动加速度范围,通过DSP微处理器计算助老伴行机器人系统需增加其腿部下端支撑处的阻尼值,并发出控制指令到驱动器,驱动器生成脉冲信号至步进电机,驱动步进电机经阀杆调节阀门,使其改变节流孔的油液通道截面积,进而改变节流压力,从而增加助老伴行机器人系统的阻尼,减小老年人手部的振动位移,根据振动强度K降低老年人手部的振动强度,调整老年人手部的振动加速度信息,使其达到舒适振动加速度范围之内;
振动强度K为:
K=a·s
其中,a表示振动加速度;s表示振动加速度方向上的位移,
振动强度还表示为:
K=|amax|/g
其中,amax表示振动加速度的最大值;g表示重力加速度。
说明书 :
一种助老伴行人手振动舒适度调节装置及其调节方法
技术领域
背景技术
着强烈的愿望,另外,日益增长的老年人数量导致护理的年轻人员短缺,因此,特别需要开
发助老伴行机器人来代替护士和家人照看老年人。世界上很多学者研究了各种老年人助行
机器人,并且人们对助行机器人的舒适性要求也越来越高,关于助行机器人舒适性方面的
研究已广泛开展,主要有:申俊等结合老年人的身体结构特征,基于人机工程学原理对轮椅
的静态舒适性进行了研究;秦田等通过分析人体压力分布特性对轮椅舒适性角度进行了研
究;严雪等从交通工程学的角度,针对轮椅出行者的不同状态,以加权加速度均方根值模型
为基础,探讨了基于人行道系统的动态轮椅舒适性的评价方法;Looze等研究了人体坐姿舒
适性研究;Noda Y等研究了基于振动频率的轮椅动态舒适性评估;Maeda S等研究了使轮椅
振动幅值最小化来改善乘客动态舒适度;Hikmawan M F等采用半轮椅模型方法对电动轮椅
乘客动态舒适性进行了分析;Matsuoka Y等建立了振动传输模型和振动舒适性评估模型,
并把此两种模型组成舒适度评价预测系统,对轮椅-乘客系统进行了动态舒适性评价。
行模态人体手部的动态舒适性方面研究较少。
发明内容
特征表征助老伴行人手振动舒适度,将振动加速度参数的相关时域特征与其舒适范围比较
进行人手振动舒适度评价,并根据人手振动舒适度评价结果,对助老伴行机器人腿部下端
支撑处的阻尼进行针对性的调节,能够较精确的达到老年人手部的振动舒适度调节的目
的,更好的实现老年人手部的舒适性。
模块(2)实时采集老年人手部承受的来自助老伴行机器人手把作用的振动加速度信号,经
预处理后发送给中央处理模块;中央处理模块根据接收的信号进行人手振动舒适度评价,
然后根据评价结果触发调节模块(3)对老年人手部进行舒适度调节。
部承受的原始振动加速度信号进行预处理;
器的输入端与中央处理模块连接,输出端与步进电机连接,步进电机经阀杆与阀门连接,用
于改变节流孔的油液通道截面积。
承受的来自助老伴行机器人手把作用的振动加速度信号,并对获取的振动加速度信号进行
特征提取,获取表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关变化特征;根据获
取的表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关变化特征进行人手振动舒适
度评价,并根据人手振动舒适度评价结果,对助老伴行机器人腿部下端支撑处的调节模块
进行调节,调整老年人手部的振动加速度信息,完成人手振动舒适度调节。
行补偿修正,获取老年人手部承受的振动加速度信号的时域特征-最大值,并将振动加速度
参数的相关时域特征用来表征助老伴行人手振动舒适度。
度的振动加速度参数的相关时域特征不在相应的舒适范围内时,表明老年人手部处于不舒
适状态,若在相应的舒适范围内时,表明老年人手部处于舒适状态,保持原状;
并发出控制指令到驱动器,驱动器生成脉冲信号至步进电机,驱动步进电机经阀杆调节阀
门,使其改变节流孔的油液通道截面积,进而改变节流压力,从而增加助老伴行机器人系统
的阻尼,减小老年人手部的振动位移,根据振动强度K降低老年人手部的振动强度,调整老
年人手部的振动加速度信息,使其达到舒适振动加速度范围之内。
其舒适范围比较进行人手振动舒适度评价,并根据人手振动舒适度评价结果,对助老伴行
机器人腿部下端支撑处的阻尼进行针对性的调节,能够较精确的达到老年人手部的振动舒
适度调节的目的,更好的实现老年人手部的舒适性。
件管理能力和嵌入式控制功能,非常适用于在快速精确处理和处理大量数据的场合,故此
DSP微处理器能够提高舒适度调节的精确度,从而更好的达到老年人手部振动舒适度调节
的目的。
降低老年人手部的振动强度,以达到老年人手部的振动舒适度调节的目的,更好的实现老
年人手部的舒适性。
模块,进行阻尼调节,以达到老年人手部的舒适性要求。
加速度计DA380的检测精度,采用粒子群优化算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行改
进和筛选,然后在使用BP神经网络对老年人手部承受的振动加速度信号在受到外界干扰产
生的误差进行补偿,可提高系统的泛化能力和稳定性。
舒适度评价结果,若老年人手部处于不舒适状态,可通过增加助老伴行机器人系统的阻尼,
以减小老年人手部的振动位移,从而降低老年人手部的振动强度,进而调整老年人手部的
振动加速度信息,使其达到舒适状态。
附图说明
具体实施方式
操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的
含义是两个或两个以上。
以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
对获取的振动加速度信号进行信号处理(特征提取),获取表征助老伴行人手振动舒适度的
振动加速度参数的相关变化特征;根据获取的表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度
参数的相关变化特征进行人手振动舒适度评价,并根据人手振动舒适度评价结果,对助老
伴行机器人腿部下端支撑处的阻尼进行针对性的调节,以调整老年人手部的振动加速度信
息,从而达到人手振动舒适度调节的目的。本发明能够较准确的对人手振动舒适度进行调
节,从而更好的实现老年人手部的舒适性。
处,数据采集模块和中央处理模块分别设置在助老伴行机器人1的后备箱4内,调节模块3安
装在助老伴行机器人腿部8的下端支撑处;数据采集模块用于接收传感器模块2实时采集老
年人5手部承受的来自助老伴行机器人手把7作用的振动加速度信号,经预处理后发送给中
央处理模块,中央处理模块根据接收的信号进行人手振动舒适度评价,然后根据评价结果
触发调节模块3以达到老年人手部的舒适性要求。
的振动加速度信号数据进行补偿修正,获取老年人手部承受的振动加速度信号的时域特
征-最大值,并将振动加速度参数的相关时域特征用来表征助老伴行人手振动舒适度,另一
方面根据获取的表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关时域特征进行人
手振动舒适度评价;
老年人手部承受的振动加速度信号数据进行收集;然后,把收集到的老年人手部承受的振
动加速度信号数据发送到舒适度评价模块。
接,用于改变节流孔的油液通道截面积,进而改变节流压力,从而增加助老伴行机器人系统
的阻尼。
感知;
度信号的时域特征-最大值,并将振动加速度参数的相关时域特征用来表征助老伴行人手
振动舒适度;
支撑处的阻尼进行针对性的调节,以调整老年人手部承受的振动加速度信息,从而达到人
手振动舒适度调节的目的。
部处于舒适状态,保持原状。
并发出控制指令到驱动器,驱动器生成脉冲信号至步进电机,驱动步进电机经阀杆调节阀
门,使其改变节流孔的油液通道截面积,进而改变节流压力,从而增加助老伴行机器人系统
的阻尼,减小老年人手部的振动位移,根据振动强度K降低老年人手部的振动强度,进而调
整老年人手部的振动加速度信息,使其达到舒适振动加速度范围之内。
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实
施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明
的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定
实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获
得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
老年人手部的不舒适情况,发明一种助老伴行人手振动舒适度调节方法与装置,助老伴行
人手振动舒适度调节方法具体实施过程包括:
数据进行收集。
支撑处的阻尼进行针对性的调节,以调整老年人手部承受的振动加速度信息,从而达到人
手振动舒适度调节的目的。
并发出控制指令到驱动器,驱动器生成脉冲信号至步进电机,驱动步进电机经阀杆调节阀
门,使其改变节流孔的油液通道截面积,进而改变节流压力,从而增加助老伴行机器人系统
的阻尼,减小老年人手部的振动位移,根据振动强度K=a·s,进而调整老年人手部的振动
加速度信息,使其达到舒适振动加速度范围之内。
度舒适范围设定为小于1m/s2;若表征助老伴行人手振动舒适度的振动加速度参数的相关
时域特征不在相应的舒适范围内时,表明老年人手部处于不舒适状态,若在相应的舒适范
围内时,表明老年人手部处于舒适状态,保持原状。
的保护范围之内。