人体行为检测及辅助机器人技术研究

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随着社会老龄化程度的加剧,老年人的健康和生活问题日益受到人们的关注。为了改善老年人的生活质量,缓解医疗护理资源压力,本文力图研发一套安全可靠的老年人辅助系统。该系统主要实现行为检测和行为辅助两大功能,不仅可以检测老年人的日常行为,同时还可以辅助老年人完成日常生活中频繁发生的起坐运动和行走运动。经过详细调研,本文提出了基于传感器感知的行为检测和基于康复辅助机器人的行为辅助研究方案,设计出一套全新的无线穿戴式传感器系统和一款全新的助行器类型辅助机器人。本文分别从整体结构、重要模块设计和软件系统等方面对无线穿戴式传感器系统和辅助机器人展开介绍,深入讲解无线穿戴式传感器系统和辅助机器人的设计过程、程序流程和使用方法。无线穿戴式传感器系统不仅可以测量人体姿态、加速度等运动信息,还可以测量佩戴部位的肌肉力量变化。利用该系统的一个传感器节点,本研究采集实验人员大腿部位的运动信息和肌肉力量信息,实现了对11种日常活动的精确识别。同时本文设计了三种不同的日常活动分类实验,说明了新型穿戴式传感器对行为检测系统性能的改进之处。辅助机器人同时具备辅助起坐和辅助行走两种功能。本文结合辅助机器人的整体结构和人机交互系统,构建了辅助起坐和辅助行走的运动学模型。为了实现机器人行为辅助的柔顺控制,本文将人体意图融入辅助机器人的运动控制之中,提出了一种基于代理的辅助起坐算法,并复现了一种基于导纳控制的辅助行走算法。在此基础上,本研究完成了相应的辅助起坐和辅助行走实验,以此验证了辅助机器人的运动辅助效果,并基本说明了辅助运动算法的安全性、稳定性和柔顺性。本文所述的老年人辅助系统在行为检测和行为辅助方面均做出了性能改进或功能完善,使用简单,成本较低,为老年人辅助系统的实用化打下了良好基础。
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