坐姿监测机器人研究与设计

来源 :河北工程大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiaolan
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长时间处于不正确的坐姿进行工作和学习不利于身体健康,使驼背、脊柱侧弯、工作相关肌肉骨骼疾患等疾病的发病率增高。为了减小因坐姿所导致疾病得发病几率。本文通过对不同坐姿进行分析,设计一套基于压力传感器的坐姿监测机器人。本设计采用Arduino Mega 2560作为机器人系统硬件控制核心,包含坐姿监测、光照环境监测和坐时长监测三种监测功能的智能化坐姿监测机器人。主要研究内容如下:(1)分析研究了智能化坐姿监测设备的发展现状及未来的前景,提出本文设计的坐姿监测机器人监测方法和坐姿识别方式。确定了坐姿监测机器人的三大检测功能,分别为坐姿监测、光照环境监测和坐时长监测。(2)对坐姿监测机器人的硬件进行设计,并加工出实体模型。具体工作如下:(ⅰ)使用solidworks软件完成对坐姿监测机器人的三维建模,并根据4种坐姿受力情况用Ansys Workbench软件对坐姿监测机器人进行了静力学有限元分析和前6阶模态分析。(ⅱ)选择Arduino Mega 2560开发板为坐姿监测机器人控制元件,按照功能选择相应的传感器和HLK-M35无线模块搭建了坐姿监测机器人的控制电路。(3)根据坐姿监测机器人的监测功能进行了软件设计,使坐姿监测机器人能够实现实时监测的基本功能,并完成了不同软件间的串口通信及无线通信。具体工作情况如下:(ⅰ)使用Arduino IDE软件采用“SCoop多线程”的方式完成对坐姿监测机器人下位机的设计。(ⅱ)同时使用Processing IDE软件和Android Studio软件设计两款软件,针对不同用户设计了Processing上位机监测程序手机APP上位机软件。(4)通过实验对坐姿监测机器人各部分模块进行测试。由实验结果可知,各模块都能正常进行监测工作,同时测得50组4种坐姿下被激活位置传感器压力值数据。最后,利用皮尔逊相关系数理论为依据,对实验测得的50组压力值数据进行数据处理与分析,验证身高、体重与传感器压力值的相关性。数据分析结果表明:体重对激活位置的压力值大小影响关系较大。
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