基于模糊控制的智能按摩椅研究

针对按摩椅中控制系统模型参数不确定的特性,提出了一种基于模糊控制的智能按摩椅实现方法,该方法将用户按摩时心率偏差与心率偏差的变化率作为模糊控制器的输入参数,实现了智能化的按摩.首先给出了智能按摩椅总体结构,然后介绍了模糊控制器的设计和实现方法,最后对实验结果进行了测试和分析.研究结果表明,该方法为迸一步提升按摩椅的智能...     

上肢肌肉疲劳的sEMG信号特征分析

表面肌电信号(sEMG)广泛应用于肢体康复设备中,而肌肉疲劳引起的sEMG特征的变化对肌电控制的性能产生不利影响。详细分析了上肢肱二头肌疲劳过程中sEMG信号的特征变化,结果表明,时域特征中的均值增加,而标准差、方差、积分肌电值、均方根值均减小;频域特征中的平均功率频率、中位频率呈下降趋势;男生信号功率分布范围比女生大。     

基于PLC的可调按摩椅控制系统设计

为了缓解长时间工作后身体的不适,本文采用西门子PLC设计出一套按摩椅控制系统,用于按摩椅控制系统中,旨在控制按摩椅平稳、高效工作,从而满足消费者对于可调按摩椅的使用需求。为了实现以上功能,设计系统将采用西门子PLC/S7-200作为主控单元,对步进电机驱动器进行控制,进而控制步进电机的工作状态。同时由高速脉冲输出个数,对步进电机的转速进行控制,通过传感器响应控制步进电机往返运动,从而带动丝杆上的按摩小球同步往返运动。按摩小球是按摩椅的重要部位,由于前面对步进电机的平稳、高效控制,最终可使按摩椅按照使用者的需求正常工作,达到缓解使用者身体不适的目的。     

基于生物力学分析Q值对颈肌疲劳的反映效果

颈肌疲劳是导致颈椎病的主要原因之一。为了有效预测和缓解颈肌疲劳,结合生物力学理论分析了表面肌电信号(SEMG)对颈部肌肉疲劳状态的反映效果。选取身体健康,年龄在21~33岁的8名志愿者作为被试者。所有被试者保持屈颈位2h,采集颈6、颈7节段两侧上斜方肌的表面肌电信号。首先,采用经验模态分解(EMD)对肌电信号进行去噪;然后,提取并分析了积分肌电(IEMG)、近似熵(ApEn)、疲劳状态指标Q值等3种特征参数在屈颈过程中的变化规律。实验结果表明,随着屈颈时间的增加,积分肌电值呈上升趋势,近似熵和疲劳状态指标Q值呈下降趋势;其中,状态指标Q值对颈肌疲劳的反映效果最好,表现在数据稳定、差异明显、同生物力学分析相一致。本实验条件下,颈6、颈7节段肌电信号屈颈疲劳前后Q值的均值由0.37降低至0.21,采用按摩缓解后又恢复到0.33。本研究内容对长期处于屈颈位人群预防颈肌疲劳,减少颈椎病的发生具有重要的指导意义。     

一种基于单通道 sEMG 分解与 LSTM 神经网络 相结合的手势识别方法

在基于表面肌电(sEMG)信号的动作识别中,使用单通道传感器能够简化系统、减少识别延时,但也存在识别精度偏低的问题。为了提高识别精度,本文提出将单通道sEMG信号分解策略与长短期记忆(LSTM)循环神经网络识别相结合的方法。在该方法中,先将单通道sEMG信号分解成多通道运动单元动作电位序列(MUAPTs),然后提取MUAPTs的特征,最后将这些特征对LSTM分类模型进行训练。为了验证该方法的有效性,本文以手势动作识别为对象,对6名受试者分别建立了4种分类模型,包括基于未分解信号的支持向量机(SVM)、基于分解信号的SVM、基于未分解信号的LSTM、以及本文提出的基于分解信号的LSTM,并定义识别精度量化指标对这四种模型的分类结果进行评估。对于旋前方肌sEMG信号,在使用本文所提方法进行手势识别时,平均估计精度均能达到90%以上,比未分解的LSTM高18.7%,比分解信号的SVM高4.17%,比未分解信号的SVM高11.53%。实验结果验证了本文所提方法的有效性。     

四连杆电动椅电动机的动力学模型及仿真

基于人体工程学原理构建了四连杆电动按摩椅在做摆动运动时的动力学模型。运用了工业机器人的运动学和动力学仿真技术,将D-H参数法应用于电动按摩椅的运动学模型建立,探究了平面运动机构的D-H矩阵表示法,并用Matlab实现了对机构运动位姿的快速模拟;针对该休闲功能按摩椅的电动机选型问题,结合男、女两种不同的人体质量分布模型,对电动按摩椅的工作状态进行了动力学建模;通过Solidworks的动力学仿真分析,对结果进行了验证。结果显示建立的动力学模型能够很好地预测电动机力矩的变化趋势,且对男女模型趋势相同,为今后人机产品中结合质量模型的动力学研究提供了理论依据和实践基础。     

基于 sEMG 信号的关节力矩 NARX 预测模型

为解决利用力矩传感器控制肌力训练设备所带来的滞后性,利用表面肌电信号( sEMG)超前于运动的特性,设计了 基于一组拮抗肌表面肌电信号的关节力矩预测模型。 首先搭建康复训练设备为信号采集和实验验证提供条件。 将 sEMG 经 过预处理,选择 sEMG 信号的方差特征作为神经网络输入,利用带有外部输入的非线性自回归(NARX)模型的动态循环神经 网络,分别建立了基于关节力矩实际值的超前多步(MSA)预测模型和基于模型预测输出(MPO)的预测模型,通过等张和等 长测试实验,比较了 MSA 和 MPO 模型的力矩预测性能。 实验结果表明,两种模型输出预测值和实际值之间都有极强关联性 (皮尔逊相关系数均大于 0. 95) 。 随着超前预测的步数增加,MSA 模型的预测精度降低,但是超前预测的时间增大。 在等张 和等长测试中,当超前步数分别小于 29 和 35 时,MSA 预测精度显著高于 MPO( p<0. 05) ,但 MPO 模型在成本和体积上更具 优势。 综上所述,两种模型均可以准确预测关节力矩,在实际康复训练设备控制中,可根据应用需求选择不同的力矩预测 模型。     

一款多功能保健按摩椅的创新设计

采用机械创新设计完成了按摩椅的多个功能的实现.产品背部按摩部分通过动滑轮、定滑轮和限位开关等实现按摩轮上下滚动按摩,避免物理损伤;在主传动轴两端采用形位配合与夹持装置,实现轴向滑动与周向转动,通过主传动轴的运动分流实现背部和腰部的运动协调控制.该按摩椅结构简单、功能多样、经济实惠,能满足广大群众的保健按摩需求,具有较好的市场推广使用价值.     

一种表面肌电信号采集装置的实现

为了更有效地采集到表面肌电信号(Surface elctromyography,sEMG),设计了一种基于高阶滤波的sEMG信号采集装置。两级可调放大电路及高阶Sallen-Key带通滤波器解决了传统sEMG信号采集电路中放大增益不可调、滤波阶数较低等问题。实验结果表明,所设计的sEMG采集装置可以很好地抑制工频干扰,滤波部分阻带下降近似达到-100 dB/dec,可以有效提取20-500 Hz之间的有用信号,放大增益可达60 dB。     

面向个性化需求的背部按摩装置设计

使用机械按摩可放松肌肉并缓解疲劳,在一定程度上缓解青年人在长期作业中积累的疲劳。针对青年用户对理想按摩椅的使用需求,对背部按摩装置进行了分段式设计,并对各分段部位的按摩头位置、按摩方式、机械构造等进行针对性设计。其中,头颈段和肩背段采用固定式按摩机芯,腰部段采用行走式按摩机芯,以此设置适应相应部位的按摩方式。通过对该装置各分段部位的连接处进行伸缩调节,以满足不同体型用户的生理尺度需求。同时,装置的整体结构可实现折叠,从而达到节省空间的目的。该装置的设计有利于为背部按摩装置的个性化定制与开发提供参考。     

基于载荷时间历程的休闲椅机械装置的疲劳分析

针对休闲椅在使用过程中的疲劳损坏问题,结合人机工程学理论设计了一款休闲椅,并建立了三维模型。对休闲椅的疲劳寿命分析的方法进行了归纳,提出了一种基于时间历程载荷的休闲椅疲劳寿命分析方法:根据QB/T 4191-2011标准在ANSYS中进行瞬态力学分析,找出了机械装置中应力较大的杆件;之后在虚拟样机中进行了运动学仿真,校验模型,得出了危险杆件的载荷-时间历程;联合ANSYS和Design Life对危险杆件进行了疲劳寿命分析;最后,制作样机并进行了测试。分析结果表明:测试结果与疲劳分析的结果相符,也验证了该分析方法的准确性,为相关研究分析提供了参考。     

基于人机工程的汽车座椅设计

运用人机工程学原理,讨论了汽车座椅设计过程中应考虑的人机因素。针对汽车驾驶座椅,从人体测量、生物力学、机械振动、作业空间等角度分析了驾驶疲劳的成因。从座椅的静态特性和动态特性论述了汽车座椅的人机工程设计。     

基于人机工程学的爬楼梯轮椅的设计

针对轮椅在宜人性和适用性方面存在的问题,应用人机工程学理论设计了能爬楼梯的多功能轮椅。多功能轮椅的关键部件中主要以机架、座椅、靠背、坐垫的设计来考虑人机工程学在机械设计中的应用,采用了SolidWorks软件进行三维实体造型。简述人机工程学与轮椅舒适性的密切关系,以及轮椅舒适性设计的主要相关参。通过对主要部件的模型进行反复的分析论证,最后证实了该多功能轮椅工作的正确性和可靠性。     

基于人机工程学多功能轮椅的分析设计

针对轮椅在宜人性和适用性方面存在的问题,应用人机工程学理论设计了多功能轮椅。从多功能轮椅的关键部件中主要以便槽、靠背、坐垫的设计来考虑人机工程学在机械设计中的应用,采用了Pro/E软件进行三维实体造型。简述人机工程学与轮椅舒适性的密切关系,以及轮椅舒适性设计的主要相关参数。通过对主要部件的模型进行反复的分析论证,最后证实了该多功能轮椅工作的正确性和可靠性。     

Asymmetrical change in the pelvis and the spine during cross-legged sitting postures

People spend much time with cross-legged sitting by increasing the time spent in the chair. Prolonged cross-legged sitting postures might cause spinal disorders and trunk asymmetry problems. We investigated the biomechanical effects of cross-legged sitting postures on the pelvic and spinal regions. 3D-motion analyses were performed on 26 healthy subjects. Data were collected while the subjects sat in four different postures: the control posture (without crossed legs) of sitting upright on the chair; the knee-on-knee (KoK) posture (the right knee on the left knee), the ankle-on-knee (AoK) posture (the right ankle on the left knee) and the ankle-on-ankle (AoA) posture (the right ankle on the left ankle). EMG signals were also collected for abdominal muscles. Cross-legged sitting postures showed significantly greater kyphotic curves in the lumbar and the thoracic spines and pelvic posterior tilting, when compared with the control posture. The pressure on the right buttock area was greater in the AoK posture than in the control posture, and the pressure on the left buttock area in the KoK posture was greater than in the control posture. Cross-legged sitting postures showed significantly greater external oblique muscle activation when compared with the control posture.     

基于过程ZMP的双足步行机器椅步态规划

解决了多关节双足步行机器椅行走步态过程稳定性评价与其开环多连杆执行机构的多变量泛函问题.从构造多关节双足步行机器椅行走姿态和过程ZMP(Zero Moment Point,零力矩点)评价考虑,提出了基于优化方法的多关节双足步行机器椅行走步态的离散化模型和方法,实现了基于过程稳定性评价的双足步行机器椅的开环多连杆执行机构行走步态的合理规划.文中提出的离散化模型对求解开环连杆机构的多变量泛函规划问题具有重要的参考价值.     

基于驾驶适应性的运输机驾驶舱CATIA人因工程分析

在我国大型运输机的研制过程中,有必要对飞机的驾驶舱进行基于驾驶适应性的人因工程分析和设计,为飞行员提供一个舒适、安全、省力的驾驶环境。以建立的驾驶舱显示面板与操纵台模型和驾驶员标准坐姿人体模型为基础,通过对飞行员对操纵杆操作、飞行员控制台可达性分析和飞行员视野模拟给出了基于驾驶适应性的运输机驾驶舱CATIA人因工程分析和仿真。     

基于人机工程学的抗疲劳汽车座椅设计

文章运用人机工程学原理,分析了疲劳驾驶的成因;从汽车座椅的静态特性和动态特性两方面,论述了汽车驾驶座椅的人机工程设计及发展方向。