基于操控意图识别的医用助力车系统设计与实现

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随着我国人口老龄化形势的严峻,医疗资源问题日益突出,而病床是最为关键的资源之一。医院在病人运送方面面临着诸多挑战,主要包括人力有限、工伤、推床方式效率低下等原因。针对这一问题,提出了一种基于操作人员意图识别的医用助力车。该助力车可以安装在医院病床的底部,在医护人员的操控下运行,可大大减少人力,有益于医院工作人员的身体健康。医用助力车可通过医护人员对其推手上的压力传感器进行操控意图识别,从而控制医用助力车进行横向、纵向、旋转等运动。其独特的直角横移特点使其可以更好地在小空间范围内移动且操作简单,更有效,更安全。本文的主要研究内容如下:(1)根据系统的实际功能需求,对医用助力车系统进行总体方案设计,包括驱动系统、操控意图识别系统及机械结构。并根据系统总体方案利用Solid Works对医用助力车机械部分做了三维模拟。(2)设计一种医用助力车方向操控意图识别方法。利用基于支持向量机算法的薄膜式压力传感器操控意图进行辨识,并对支持向量机算法中的核函数参数g和惩罚系数C进行优化,通过实验验证了手部操控意图辨识的有效性。同时利用模糊推理算法对操控意图进行研究,运用模糊算法前对压力传感器信号进行比例处理,然后利用隶属函数进行模糊化、特征值提取、特征融合,设计模糊规则进行推理分析得出操控意图识别结果。通过对比基于支持向量机和基于模糊推理的操控意图识别的结果和响应时间,得出基于模糊推理的操控意图辨识方法具有较好的识别效果。(3)对医用助力车速度操控意图识别进行研究,分析身高、体重等个体差异因素及运动方向对速度操控意图识别结果的影响,并对实验记录的数据进行分析,研究实验对象在不同方向运动时手部的施力特征。综合考虑个体差异和手部施力特征,设计医用助力车速度操控意图识别算法,经过实验验证了该速度操控意图识别算法的有效性。(4)搭建医用助力车实验平台,通过人机之间的相互作用力操控医用助力车进行不同模式的运动,分析实验过程中误差存在的原因并给出解决思路。同时,实验结果也验证了医用助力车设计的合理性和实用性。
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