基于柔性力敏传感器的便携式坐姿监测与提醒系统

读写坐姿长时间不规范将对青少年身体健康、学习效率产生不利影响.本文基于柔性力敏传感器,设计了一套新型的便携式读写坐姿实时监测及智能提醒系统.该系统根据生物力学、人体工程学规律,通过铺设于座椅上40 cm×40 cm的柔性力敏传感器,采集坐立时臀部压力分布数据。首先对原始数据进行预处理,再通过所提出的坐姿动作识别与分析算法对坐姿状态进行识别,实时分析坐姿情况,最后结合环境的温度、湿度、光强参数,给出预警方案.同时,在手机APP客户端实时显示并且存储监测期间坐姿及环境变化情况.该系统设计简单、交互性强,借助手机和压力垫的便携性,方便用户达到实时预警和分析的效果,帮助青少年纠正不良坐姿.     

面向座椅舒适性分析的三维人体参数化建模

应用三维坐姿人体模型可在座椅的设计阶段高效精确地进行座椅几何舒适性分析.参照二维坐姿人体模板拟定三维坐姿人体模型的结构要素,采用基于特征造型的方法构建三维人体模型.采用基于原型模型的参数化建模方法,实现对三维坐姿人体模型的参数化驱动.通过"人-椅"模型的几何匹配,自动精确提取坐姿人体模型的姿态角度,对比人体坐姿标准舒适...     

压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用

介绍了应用有机高分子压电材料聚偏氟乙烯(PVDF)制作的压电传感器和结合电子线路进行的心音监测试验.压电薄膜传感器的设计利用了阻抗变换器,使PVDF膜的高阻抗输出变为低阻抗输出,输出阻抗为3kΩ左右,并在后续电子线路中设计了高信噪比的放大电路,可对信号进行有效的放大;配合单片机、存储器等芯片技术研制出初步监测心音心电信号的监测系统,能进行心音心电信号数据的采集、传送、处理.实验表明,该薄膜传感器与整机之间结构、性能完全匹配,该心音心电监测系统能够准确监测人体心音心电信号.     

大气电场传感器信号放大电路的噪声分析与优化设计

为了解决大气电场传感器输出信号噪声大的问题,对一般电荷放大电路的噪声模型进行了深入研究,并且基于三维大气电场传感器的结构设计了低噪声信号放大电路;在万用板上对所设计的信号放大电路进行调试,通过替换电路中的积分电容,得到不同积分电容下传感器轴向感应电极的输出电压波形,并对输出波形进行对比分析,得到最理想的低噪声信号放大电路设计方案。     

多点传感阵列的体压分布测量系统设计

坐姿不良与许多疾病密切相关,而坐姿体压分布不平衡和一些腰椎疾病的发生有着相当大的联系。应用新型导电橡胶为传感材料,利用其力—电阻特性,研制64点阵式压电传感器型坐姿体压分布测量系统。应用本系统对1例正常人,3例患腰椎疾病者进行体压分布测量。实验结果表明:患腰椎疾病者的体压分布不平衡。证明系统的设计方案合理可行,能实现人体与座椅之间压力分布的动态、实时测量。     

基于人机尺寸驱动的座椅设计系统

针对各类座椅产品,分析了其设计参数与人体坐姿与尺寸之间的关联关系,根据人机工程学知识和人体测量标准建立了标准化人体尺寸数据库和参数化人体模型。在Unigraphics平台上利用OpenGrip工具开发了人机尺寸驱动的座椅设计系统,实现了通过操作人体模型来自动生成符合人机性能要求的座椅产品,提高了设计师的工作效率并保证了所设计产品的合理人机性能。     

电场感应式料流传感器设计

针对现有开关式和压力式料流传感器存在易磨损、可靠性差的问题,设计了一种电场感应式料流传感器。该传感器采用内置电场感应式智能芯片作为感应元件监测电场电参数,利用单片机采集和处理电场电参数,通过电参数变化经内部数据处理输出胶带有料、无料信号。现场实验结果表明,该传感器能够准确检测运动或者静止的胶带上有无物料,完全满足现场实际应用的需求,具有非接触检测、无磨损、使用寿命长、信号稳定可靠的特点。     

基于边缘电场传感器的大范围位移测量方法

主要研究基于边缘电场传感器的位移测量方法,由于在测量位移时交叉指型传感器互导电容的变化具有周期性,因而可以实现大范围的位移测量.运用Ansoft Maxwell有限元仿真软件对边缘电场传感器的二维半波长模型进行了仿真分析,仿真结果表明当传感器工作区间内有物体移动时,会改变传感器的电场分布,使传感器互导电容发生周期变化.设计了一个简单的、低成本的调理电路,可以将电容变化转化为电压输出信号,得到边缘电场传感器输出电压与电容的关系.对电极尺寸为35 mm×30 mm×0.02 mm的边缘电场传感器进行了测量实验,实验结果与仿真结果吻合较好.     

基于MIMO-CNN的多模态坐姿识别

为解决坐姿多样性(不同体型、同一坐姿的差异性)和摄像头角度变化对坐姿的识别的影响,提出一种基于MI-MO(多输入多输出)-CNN的多模态坐姿识别方法.在预处理后的人体坐姿深度图像的基础上,得到人体坐姿在笛卡尔平面上的左视图和俯视图的投影,使用设计的MIMO-MobileNet对人体坐姿在前后和左右方向的坐姿分别进行识别.实验结果表明,该算法有效可行,提高了坐姿识别的准确率和适应能力,使坐姿识别不局限于特定的摆拍坐姿.     

基于柔性触觉传感器的坐姿压力监测系统设计

提出了一种有效监测人体坐姿压力的系统,设计了柔性触觉传感器阵列,基于多路模拟开关CD4051、微处理器MSP430与无线发送模块实现数据的采集与传输,在上位机软件中通过低通滤波、配色与插值算法,并应用分布式压缩感知理论,形成了模拟人体坐姿压力分布的彩色图像,图像真实清晰,便于观察.实验结果表明:系统稳定性和分辨率较好,且能够实现坐姿压力分布的实时测量和显示.     

基于多关联特征的屏幕阅读坐姿健康性判别

长期坐姿不正确将会严重危害人体健康。现有的基于计算机视觉的坐姿检测方法主要 是通过检测人体本身来判别坐姿的健康性,没有综合地考虑人体与屏幕之间的交互关系,使得对多 种不健康坐姿无法准确检测,对此提出了一种基于多关联特征的屏幕阅读坐姿健康性判别方法。从 人体自身的约束关系和人与屏幕间的约束关系这 2 个方面考虑,先检测出人体和屏幕,再根据目标 的空间方位关系综合地提取与坐姿健康关联性强的坐姿特征。接着将坐姿特征序列输入到卷积神经 网络中进行学习和分类,从而实现坐姿的健康性判别。实验结果表明,该方法可以有效地识别出屏 幕阅读时存在的多种不健康坐姿行为。与其他方法相比,具有较好地识别结果及应用价值。     

Analysis of sitting comfortability of driver's seat by contact shape

Abstract

In order to evaluate sitting comfort qualitatively, a flexible and very thin sensor was developed to measure the contact shape between a seated man and the seal surface. Each tape has twenty strain guages on it at regular intervals, and the fourteen tape sensors were arranged on the bottom and back surface of the experimental driver's seat. The contact shapes and postures in thirty two male drivers were measured with two types of seal cushion and sitting posture: free and recommended. Sensory evaluation was made for each experimental condition. The results of the interrelation between the characteristics of the surface deformation, the parameters of body build, sitting posture and feeling of comfort shows that the comfort of each morphological fitting does not correspond to one special and single parameter from those physical factors, but is represented by a function with many parameters related to the deformation, posture and body build. By using these relations, a sensory model for the prediction of the sitting comfort was constructed.     

一种基于人体骨架的任意角度坐姿识别方法

针对当前坐姿识别技术在不借助外部工具以及在动态环境下检测效果较差的情况,提出了一种基于人体骨架的坐姿识别方法,实现在任意角度环境下对坐姿的识别。人体骨架由关节和骨骼相互连接所成,其骨架信息不受动态环境和复杂背景的影响。该方法首先对任意角度下的坐姿图像进行人体姿态估计,提取出人体骨架信息,在三维空间下利用骨骼的物理连接关系构造一种用于检测坐姿的骨架图,并提出Skeleton-GCN(骨架图卷积网络)提取骨架图空间特征,将特征取平均值聚合并输入MLP层保存输出预测概率。此外,将任意角度的人体骨架坐标在三维空间下的不同角度进行投影,得到不同角度下的骨架图像,通过对比网络对骨架图像进行正面姿态估计得到正面骨架图像并输入CNN中,输出该骨架图像的预测概率,通过加权融合集成两个模态分类器预测概率并输出类别结果。最后,将所提方法应用于办公室、课堂等场景,实现了任意角度下坐姿的有效检测。     

A privacy-preserving and unobtrusive sitting posture recognition system via pressure array sensor and infrared array sensor for office workers

Sitting posture recognition is essential in preventing work-related musculoskeletal disorders (WMSDs). WMSDs are of huge concern for office workers whose working process is averagely 81.8% sedentary. Prevailing studies have utilized cameras, wearables, and pressure sensors to recognize sitting postures. The cameras and wearables can achieve accurate recognition results, while personal privacy concerns and inconvenience for long-term use impede their adoption. Meanwhile, the pressure sensors are privacy-preserving and convenient. However, they cannot accurately recognize the sitting posture with different states of the trunk, head, upper extremity, and lower extremity. Considering the pros and cons of those approaches, this study proposes a novel privacy-preserving and unobtrusive sitting posture recognition system, which combines a pressure array sensor with another privacy-preserving sensing technology, i.e., an infrared array (IRA) sensor. Moreover, a deep learning-based sitting posture recognition algorithm is developed, which adopts a feature-level fusion strategy and does not require a complex handcrafted feature extraction process. Based on the ergonomics studies, ten daily sitting postures with the states of different body parts are selected. This system achieved an overall 90.6% accuracy using the leave-subject-out validation approach based on the self-collected dataset from 21 subjects. It has a great potential for privacy-preserving and unobtrusive related applications for sitting posture management.     

Vertical vibration frequency and sitting posture effects on muscular loads and body balance

This study examined the effects of whole body vibration and sitting posture on muscular load, body balance and discomfort. An electric vibrator, a surface electromyography measurement system and a balance evaluation system were used in the experiment. Nine test conditions were studied consisting of three vertical frequencies (no vibration, 20 and 40 Hz) and three sitting postures (erect, bent-forward and twisted). Study results showed that whole body vibration had significant effects on the muscular loads in the torso muscles, body balance and perceived discomfort. Adverse effects generally increased with high-frequency vibration. No significant muscular load difference and balance difference were observed among sitting postures at any frequency. Significant discomfort differences between the erect and twisted postures were found with no vibration or at low frequency.Relevance to industryAttention should be paid to the negative effects of vibration transmission on the human body at worksites. The results from this study should be useful for whole body vibration risk assessment and control measures.     

网络化智能湿度传感器研究

介绍了以氧化铝为检测探头的基于CAN总线的网络化智能湿度传感器的实现.传感器以Microchip公司的PIC18F258单片机为核心.将传感元件输出信号转换成频率信号,利用单片机内嵌的捕捉功能模块实现高精度频率测量,传感器输出量MH与湿度表示量露点之间呈指数关系,采用了分段线性拟合的方法来逼近,用线性插值查表方法测量;利用单片机内嵌的CAN总线控制模块实现传感器的网络化,用软件保证传感器在网络上通信时有最大传输速率.软、硬件上采用了抗干扰措施,使传感器能在环境恶劣的工业现场长时间稳定运行.     

基于人体姿态检测的体感滑板控制系统设计

为改善电动滑板的易操纵性,设计了基于人体姿态检测的体感滑板控制系统.该系统由人体姿态检测与滑板主控两大部分组成.首先,通过实验,分析了人体以不同姿态驾驶滑板时MPU6050传感器采集到的加速度和角度的数据变化规律.在此基础上,确定了驾驶滑板时,识别人体姿态改变的方法.最后,制作了人体姿态检测与滑板控制电路,并编写了相应的控制程序.调试结果表明,该系统响应准确,达到了设计要求.     

基于现场总线式焊缝检测复合传感器设计

介绍了一种传感器前置的焊缝检测与跟踪控制方法.由GMR电桥和涡流传感器构成焊缝检测复合传感器,GMR电桥进行高度检测,涡流传感器的差动测量绕组进行焊缝中心偏差检测.通过补偿绕组对测量绕组输出信号进行补偿,消除错边对相位和幅值的影响;通过软件校正方法,消除高度变化对信号幅度的影响.建立FIFO数据队列保存焊炬与前置传感器...