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基于模糊人工势场法的智能助行器人机共享控制策略

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控制与决策 2024年

作者：赵丹丹王亚刚张一勤周康寿朱灵龙喻洪流孟巧玲上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海理工大学健康科学与工程学院

在智能助行器对有行走障碍的用户进行助力、跟随以及安全防护的过程中,智能助行器的主动避障行为是十分重要的.鉴于此,提出一种基于模糊人工势场法(FAPF)的智能助行器人机共享控制策略,适用于智能助行器的局部路径规划需求. FAPF对传统... 详细信息

在智能助行器对有行走障碍的用户进行助力、跟随以及安全防护的过程中,智能助行器的主动避障行为是十分重要的.鉴于此,提出一种基于模糊人工势场法(FAPF)的智能助行器人机共享控制策略,适用于智能助行器的局部路径规划需求. FAPF对传统人工势场法(APF)进行优化,减少APF易陷入局部最小值和目标不可达的情况出现,并引入模糊自适应对APF斥力增益系数进行整定,以满足智能助行器在实际中的应用需求,提高算法的稳定性. FAPF在Matlab仿真平台进行实验,仿真实验表明, FAPF能够安全地避开障碍物,目标点到达率为89.7%,并增强智能助行器在复杂环境中的轨迹平滑度.同时,在智能助行器上的应用实验表明了FAPF的可行性和实用性,部署FAPF后,智能助行器能够在跟随用户行走过程中主动避开障碍物,引导用户选择更加安全的路径.

关键词：智能助行器人工势场法人机共享控制避障康复机器人

多传感器融合技术的智能助行器用户运动意图估计算法

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信息与控制 2024年

作者：张一勤王亚刚姚旭文何佳桥周康寿孟巧玲喻洪流上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海康复器械工程技术研究中心上海理工大学康复工程与技术研究所民政部神经功能信息与康复工程重点实验室

智能助行器作为重要的辅助工具，在帮助行动不便的个体维持独立性和减轻日常活动困难方面发挥着广泛的应用。其中，用户运动意图估计是使用者准确控制助行器的关键。本文针对下肢行动不便的人群设计了一款智能助行器，该助行器通过3维... 详细信息

智能助行器作为重要的辅助工具，在帮助行动不便的个体维持独立性和减轻日常活动困难方面发挥着广泛的应用。其中，用户运动意图估计是使用者准确控制助行器的关键。本文针对下肢行动不便的人群设计了一款智能助行器，该助行器通过3维力传感器和2维激光雷达采集用户行走状态信息。在用户运动意图估计算法中，原有的线速度估计方法容易受到里程计误差的干扰，为此，本文提出了一种基于用户腿部相对位置的用户意图线速度估计方法。同时，为解决仅依赖3维力传感器难以准确估计下肢行动不便人群的意图角速度的问题，本文引入了基于多传感器融合技术的角速度估计方法。同时考虑到算法处理数据造成的滞后，本文将Informer模型融入算法中，克服了人机实时交互的困难。研究结果表明，本文提出的线速度估计方法准确度达到98.44%，而角速度估计算法准确度达到了96.6%。通过肌电信号反映，用户在使用本文的运动意图估计算法所设计的助行器能够更轻松地操作助行器，而Informer模型进一步提升了用户使用助行器的便捷性。一系列实验验证了本文方法的有效性。

关键词：智能助行器人体运动意图估计多传感器融合 Informer

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自平衡室内无障碍智能助行器操控设计研究

河北工业大学学报 2013年第4期42卷 9-13页

作者：田园许晓云韩雪晶宣伯凯河北工业大学控制科学与工程学院天津300130

通过对自平衡控制系统在室内无障碍智能助行器运动操控方式设计上的应用研究,设计了一种用户重心操控方式:只依靠用户身体重心的偏移,即可对室内智能助行器进行运动操控.内置的陀螺仪检测重心的变化产生的倾角,基于传感器数据,智能助行... 详细信息

通过对自平衡控制系统在室内无障碍智能助行器运动操控方式设计上的应用研究,设计了一种用户重心操控方式:只依靠用户身体重心的偏移,即可对室内智能助行器进行运动操控.内置的陀螺仪检测重心的变化产生的倾角,基于传感器数据,智能助行器内部计算机辨别出用户的运动方向和速度,通过驱动控制,机体可做出与人体倾斜相对应的反应,达到平稳又不失敏捷的动作,实现仅凭借身体重心的移动就可自由移动的简易操作.与传统操控方式相比,对于下肢残障者以及老年性疾病等行走功能障碍者,该操控方式设计具有更好的易用性和高效性,属于"直觉设计",更加人性化,适合在室内环境使用.

关键词：自平衡无障碍智能助行器运动操控工业设计人机接口

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智能助行器防跌倒柔顺控制研究

电子科技 2023年第2期36卷 46-52页

作者：张钰文王亚刚丁大民林衍照上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海康复器械工程技术研究中心上海200093

当用户使用助行器过程中有跌倒趋势时,需要使人体能快速恢复正常的站立体态并缓冲助行器紧急制动的惯性力。但是大部分柔顺控制运用机械臂模型较多,运用于助行器模型的防跌倒控制策略较为欠缺。针对此问题,文中提出了一种基于自适应滑... 详细信息

当用户使用助行器过程中有跌倒趋势时,需要使人体能快速恢复正常的站立体态并缓冲助行器紧急制动的惯性力。但是大部分柔顺控制运用机械臂模型较多,运用于助行器模型的防跌倒控制策略较为欠缺。针对此问题,文中提出了一种基于自适应滑模阻抗控制的新型防跌倒柔顺控制策略,并将其用于助行器模型,通过阵列式薄膜压力传感器与超声波传感器融合来达到提升助行器性能的目的。该策略能提高助行器的轨迹跟踪效果,实现对用户的安全防护。两种不同运行情况下的仿真和两种不同地形的模拟实验结果表明,人体可在4 s左右恢复正立,证明该策略能实现助行器运动的柔顺性。

关键词：智能助行器滑模控制阻抗控制柔顺控制多传感器控制自适应动力学模型防跌倒

老龄化社会环境下的包容性智能助行器设计研究

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老龄化社会环境下的包容性智能助行器设计研究

作者：常莹哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

中国的人口老龄化是一个不可逃避的客观事实,随年龄增长产生的各种慢性病和生理机能退化等问题变得普遍多样,社会上失能和残障等弱势群体的数量也不断增多,助行器作为稳定支撑性较好的辅助类产品,可以有效帮助用户保持身体平衡,而智能... 详细信息

中国的人口老龄化是一个不可逃避的客观事实,随年龄增长产生的各种慢性病和生理机能退化等问题变得普遍多样,社会上失能和残障等弱势群体的数量也不断增多,助行器作为稳定支撑性较好的辅助类产品,可以有效帮助用户保持身体平衡,而智能助行器比起普通助行器具有更多的优势。市场上的主流智能产品常将这弱势群体排除在外与边缘化对待,为实现产品包容最大量用户并为其服务的目标,选用包容性设计理论为本文设计提供理论支持,包容性设计理念是在针对普通用户设计的过程中同样考虑了某些弱势群体(老人、残障和伤病员等)的特殊需求,同时最终设计方案也符合主流市场对产品的要求,将智能助行器产品赋予包容性是老龄化社会环境下最好的解决方式。本文以智能助行器为载体,基于包容性设计理论的指导,以用户为中心,将用户的需求置于首位,首先梳理并深入了解包容性设计理论的内涵、相关理论和实际案例,总结包容性设计流程、方法和原则并实际运用到智能助行器设计中;深入研究助行器产品和智能产品了解现有产品的设计要点与不足之处;然后,通过对先导用户群体的主要特征分析,采用问卷、访谈和观察的方法重点对先导用户的需求展开调研,得到用户对智能助行器的主要功能、辅助功能、造型外观和交互方式等方面的需求,确定产品具有车身座椅可折叠、购物篮可任意拆卸、智能避障震动反馈和智能屏幕等功能;通过对产品的外观造型、结构、人机尺寸、使用场景和材料等方面具体研究分析,完成包容性智能助行器硬件创新性设计,结合助行器的功能需求完成智能助行器的交互屏幕界面与操作流程设计,最后结合智能助行器功能完成配套的软件APP设计。

关键词：老龄化包容性设计智能助行器用户研究

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智能助行器的设计趋势

黑龙江科学 2023年第9期14卷 22-24,28页

作者：李绪航于东玖李中原南京工业大学南京211816

智能助行器能帮助行动失能患者轻松、自由地行动,有效缓解传统助行器单一功能与患者多样需求之间的矛盾。研究智能助行器相关技术的发展现状和设计趋势,可促进智能助行产品设计水准的提升。通过Kano模型调查行动失能患者对智能助行器的... 详细信息

智能助行器能帮助行动失能患者轻松、自由地行动,有效缓解传统助行器单一功能与患者多样需求之间的矛盾。研究智能助行器相关技术的发展现状和设计趋势,可促进智能助行产品设计水准的提升。通过Kano模型调查行动失能患者对智能助行器的实际需求,发现用户行动失能程度不同,购买助行器的目的不同,其对助行器载物量与造型外观的需求各不相同。未来,智能助行器技术与设计应注重设计的轻量化、便利化,同时坚持技术创新,降低助行器智能系统的附加成本,不断在新材料应用上进行突破。

关键词：行动失能智能助行器工业设计设计趋势

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新型老年人智能助行器研究

电子制作 2019年第2期27卷 24-26页

作者：尚昱儒郑州市为民高中河南郑州450000

助行器是现阶段帮助老人行走的主要辅助器件,开展助行器的升级及新功能的研发有助于提升老龄化社会老人的生活质量。本文围绕老人用新型助行器的设计开展研究,基于传统及未来的应用需求,设计了一套新型助行器方案,展望了其常用的应用场... 详细信息

助行器是现阶段帮助老人行走的主要辅助器件,开展助行器的升级及新功能的研发有助于提升老龄化社会老人的生活质量。本文围绕老人用新型助行器的设计开展研究,基于传统及未来的应用需求,设计了一套新型助行器方案,展望了其常用的应用场景,方案及应用设想可用于支撑未来助行器的功能升级及改造。

关键词：老龄化社会健康管理老年人智能助行器方案设计

服务设计思维下的独居老人智能产品设计研究--以智能助行器为例

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工业设计 2023年第8期 71-74页

作者：何中意曲双为西安工程大学服装与艺术设计学院西安710000

智能产品由于学习成本高、使用难度大,很难在独居老人群体中兴起,并为他们提供便捷服务。在此背景下,设计并制造出能适合于独居老人的智能产品显得格外重要。文章运用服务设计思维,以智能助行器产品为例,利用利益相关者分析、用户画像... 详细信息

智能产品由于学习成本高、使用难度大,很难在独居老人群体中兴起,并为他们提供便捷服务。在此背景下,设计并制造出能适合于独居老人的智能产品显得格外重要。文章运用服务设计思维,以智能助行器产品为例,利用利益相关者分析、用户画像、用户旅程图、服务系统图、服务蓝图等一系列服务设计的方法和工具对产品进行设计。希望通过文章的研究,能为特殊人群智能产品设计提供一定的参考。

关键词：工业设计服务设计独居老人智能助行器用户体验

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基于改进技术接受模型的老年智能助行器设计

机械设计 2024年第12期 175-180页

作者：刘卓乔元杰天津理工大学艺术学院

为满足老年人对智能助行器设计的需求，提高其使用体验和使用意愿，通过文献分析、产品调研、用户和专家访谈，确定老年人对智能助行器接受度的影响因素，构建老年智能助行器技术接受模型(Technology Acceptance Model, TAM);采用结构... 详细信息

为满足老年人对智能助行器设计的需求，提高其使用体验和使用意愿，通过文献分析、产品调研、用户和专家访谈，确定老年人对智能助行器接受度的影响因素，构建老年智能助行器技术接受模型(Technology Acceptance Model, TAM);采用结构方程模型(Structural Equation Model, SEM)验证其合理性，得到具体设计影响因素的权重大小及其对用户感知的影响，从而识别影响用户使用意愿的关键设计因素；引入功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure, FBS)模型进行逐级映射，确定了产品的8个关键结构模块。采用改进技术接受模型与FBS模型相结合的方法进行设计，实现老年智能助行器的创新。该过程以用户使用意愿为导向，可为设计老年用户接受度高的智能助行器提供理论参考。

关键词：产品设计智能助行器技术接受模式 FBS模型使用意愿