协助站起机器人的数据采集及协助力分析

【摘要】： 家庭服务机器人是机器人研究领域的一个重要发展方向,其中的协助站起机器人是近年来出现的一种新型家庭服务机器人。由坐姿转换为站立的姿势是大多数人每天都要频繁执行的基本而重要的动作。协助站起机器人,就是为了帮助人们特别是老人完成日常生活中的站起动作而设计的装置,它以提供支持力减轻用户关节的负担,协助保持用户的站起动作平衡为目标。本文在对协助站起机器人国内外相关研究现状的分析和比较的基础上,在协助站起机器人的数据采集和协助策略方面,做了以下工作。 首先,本文对协助站起机器人的相关研究进行了综述,包括站起动作的分析和站起过程中的生物力学分析,人体建模,以及协助站起机器人的设计参考和协助策略等方面的内容。 其次,修改并提出了基于单目视觉的站起动作无标志测量方法,用单摄像头取代需佩戴在用户身上的传感器或标记,在无需人工干预和依赖传感器的情况下,获取站起动作过程中的人体关节点坐标及角度变化,为站起动作的动力学分析包括关节力矩计算提供输入数据。 最后,对减轻站起过程中关节负担的协助策略中的协助力分析进行了合理的改进,并针对站起过程中关节转矩变化特点,以及协助站起策略中的协助减轻关节负担和协助保持身体稳定两种策略的特点和区别,建立了一个一输入二输出的模糊系统。该模糊系统以站起过程中大腿与水平方向的夹角为输入,区分站起动作的完成进度,以两种协助策略在整个站起过程中的权重为输出,由此使得协助站起机器人在用户站起动作的不同完成阶段协助的重点不同,更好地协助用户在站起过程中减轻关节负担和保持身体稳定性。