基于多源信号融合的机器人移乘安全性评价方法

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenzj071
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着我国新兴技术的迅猛发展,机器人在日常生活中的应用日益广泛。针对行动不便的残障人士和老年人,通过操作护理机器人实现简单的日常生活行为已经给很多家庭带去了便利,大大减轻了医护人员的负担。在机器人辅助完成起床-入座移乘的过程中,需要对人机交互的过程进行安全性评价,从而指导安全的移乘行为。因此,针对具有不同运动能力的使用者,本文提出了具有强泛化能力的起床-入座移乘规划方法,通过分析不同移乘行为下人体足底、腰背部和臀部压力信号的差异,建立一种基于多源信号融合的机器人移乘安全性评价模型,提升人机交互的安全性,从而为医护人员、老年人及不同行为能力者的日常工作、服务质量提供重要指导价值。本文以智能轮椅机器人辅助完成起床-入座移乘的日常行为为背景,分析了不同情况下人体下坐过程的运动特点,提出了更符合实际情况的三维人体入座模型,并利用人体入座模型和全向移动智能轮椅机器人的物理尺寸,建立了人体位置与相应坐点的映射表。通过激光传感器获得人体腿部信息并与映射表匹配,即可获得机器人的运动目标。在基于移乘点计算的起床-入座移乘方法基础上,结合强化学习方法,机器人运动到指定位置且人体入座后,首先利用人工神经网络将多源信号融合,预测移乘状态的安全性评价值,并给定强化学习所需的奖励,搭建移乘安全性评价模型。根据安全性评价结果制定了坐点自学习策略,对建立的三维人体入座模型进行坐点补偿,提出了基于强化学习的起床-入座移乘规划,最终实现安全的起床-入座移乘。为了验证本文提出的移乘方法的有效性与准确性,以本课题组自主研发的全向移动智能轮椅机器人为基础搭建实验平台,分别进行仿真分析与移乘实验。实验结果表明,通过本文提出的基于移乘点计算的起床-入座移乘方法,背部与臀部平均压力与自主行为相比分别减小了5.05%和3.95%;瞬时冲击力分别减小了4.61%和22.56%;接触面积分别增大了11.03%和2.67%。通过基于强化学习的起床-入座移乘方法,智能轮椅机器人可以针对不同使用者的特点,获得相应的安全性评价,并根据评价结果调整运动策略,实现对坐点的优化。通过移乘安全性评价系统预测的评价结果与人的主观评价高度接近,验证了本文提出的移乘安全性评价方法的准确性。引入强化学习思想对坐点优化后,人的主观安全性评价值及其预测值均对比坐点优化前有了显著提高,移乘安全性评价的实际值可提高33.33%,从而验证了本文所提出的移乘方法对安全性的提高。
其他文献
随着真空技术的发展与应用领域的丰富,真空干泵的市场需求不断增加。真空干泵应用于工业生产时,泵用驱动电机通常与泵体直接相连,即真空干泵的腔体内部与电机关键部件均处于真空环境之中。因此,泵用驱动电机的散热条件与常规电机相比较为恶劣,由损耗所产生的热量也会威胁电机关键部件的寿命及电机的可靠运行。尤其是电机转子处于真空环境下,仅能依靠热辐射和热传导两种方式来传递热量,散热效率低进而导致散热困难。常规的转子
真空泵用电机工作在真空环境中,转子不易散热的问题,需要严格控制真空泵用电机的温升,来提高系统运行的稳定性。开关磁阻电机转子无绕组,转子损耗较小,电机整体温升较低,对于提升真空泵用驱动电机的性能具有重要意义。在传统开关磁阻电机的基础上,本文设计了一款真空泵用横向磁通开关磁阻电机,由于定子绕组空间较大,有利于电机散热,又进一步减少了定子的损耗,横向磁通开关磁阻电机的整体温升得到了进一步的降低。首先,对
随着石油、化工、航空、半导体等行业高速发展,真空技术在各行各业中得到广泛的应用,对于真空泵用屏蔽电机的性能要求也越来越高。提高屏蔽式异步电机的性能,改善屏蔽电机由于结构原因所出现的发热严重问题,对于真空干泵的稳定运行具有十分重要的意义。本文对真空干泵用屏蔽电机进行了冷却系统的设计和冷却效果的分析。首先,根据电机设计要求的性能指标计算电机的尺寸参数,确定定转子的结构和材料,选择绕组的连接方式。基于电
轨道交通机车主断路器(以下简称轨道交通断路器)作为连接机车主电路与机车牵引网的设备,其智能化水平影响着轨道交通车辆的安全可靠运行,同步控制技术作为断路器智能化发展的方向之一,其研究具有重要的意义。本文以轨道交通断路器作为载体,研究其同步控制技术。首先,在分析轨道交通断路器电磁操动机构基本工作原理的基础上,结合其电磁操动机构控制电路及特殊的工作环境,分析影响轨道交通断路器电磁机构分闸时间的因素,并研
心血管疾病对人的健康影响非常大,心功能评估在心血管疾病检查的整个周期内都发挥着重要的作用。心阻抗信号与心电信号都能客观地反应人们心脏的状况,心阻抗微分信号携带了大量心脏生理、病理信息,能够实时准确地反映心脏的血流动力学变化,评估心血管功能,与心电信号融合后包含的信息特征更全面。因此,相较于单独分析某一心功能信号,对同时采集的心阻抗与心电信号进行融合分析,得到的信息会更全面,更能了解心脏的状态。本文
现阶段,喷气织机传动结构主要由异步电机和皮带轮构成,这种传动结构存在体积大、效率低、磨损严重、主轴难以实现灵活变速等缺点,因此有必要对传动结构进行改进升级。采用永磁电机直驱系统可简化传动结构,取消减速部件,但对转矩输出的平稳性提出了更高要求。本文围绕喷气织机用直驱永磁电机传动系统展开研究,对其转矩平稳性进行了深入分析。主要研究内容如下:采用永磁电机直驱系统取代传统的两级传动结构,对电机的电磁进行研
转矩脉动一直以来是永磁同步电机的重要性能之一,由于转矩脉动的问题使得永磁同步电机在一些特殊领域应用受到限制,而降低转矩脉动,就要弄清转矩脉动的来源,分析其转矩谐波的构成,这就需要一个精确的永磁同步电机的数学模型。而目前存在的永磁电机的数学模型不能准确的计算出永磁电机的各个转矩。因此本文提出了一个改进的数学模型,利用冻结磁导率的方法使得模型能够精确的计算出电机的永磁转矩和磁阻转矩,准确的分离出各个转
高速永磁同步电机具有高功率密度,可直接驱动高速负载,控制性能优异等优点,成为近些年来电机学科发展的热点。由于高速永磁电机损耗密度高,散热条件差,使其转子散热困难。且随着电机频率的升高,转子涡流损耗迅速增加,永磁体温升显著升高,加剧了高速永磁同步电机永磁体产生不可逆失磁风险。为了保证电机运行的可靠性,快速准确地计算高速永磁电机转子涡流损耗至关重要。首先,将子域法和等效磁路法结合,建立了考虑定子开槽和
随着我国智能电网与分布式电源等新技术的不断扩展,对承担电能传输与分配作用的低压电器提出了更高的要求,如何强化电工装备全寿命周期下的状态信息反馈是近年来讨论的热点。交流接触器作为可实现远距离频繁开断的自动控制电器,挖掘其全寿命状态信息,判断其退化状态并构建产品的寿命预测模型,深化对交流接触器退化进程的了解,有助于逐步推进电器的智能化,同时提升电力系统的运行可靠性。本文依托于全寿命试验得到的退化参数,
高速电机具有省去变速箱,高转速、转子转动惯量小和无减速装置,功率密度高、体积小和动态响应快等优点,在工业各个领域得到广泛应用。然而,由于高速电机转速过高,并且有转速继续升高的需求,在转子机械应力计算与转子动力学特性分析产生了新的挑战。为此,为了防止转子部件产生破坏,对高速电机机械应力分析与转子动力学分析非常必要。本课题针以双层护套永磁转子为研究对象,对转子的各个部件应力与转子动力学问题进行分析与研