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基于体感机械臂的舒适控制算法设计研究

 分析人体手臂在体感控制中的舒适程度，依据疲劳度理论建立手臂舒适范围空间模型。采用体感方式控制机械臂运动，通过径向测试实验与点阵z定实验测试手臂的舒适参数，拟合控制映射函数，提出基于体感机械臂的舒适控制算法。

　　体感技术是指通过做出肢体动作而无需操作任何复杂的控制设备就可以身临其境的人机互动技术[1]。总之，现场安全生产管理是一个相当复杂的系统工程，必须实行全员、全过程的安全管理，才能保障安全生产。区别于按键与触摸等传统的交互方式，体感技术提升了操作的灵活性、直观性，在游戏、移动应用、运动康复、虚拟学习系统等领域中，有着越来越广泛的应用[2-5]。

　　目前的体感机械臂控制算法中，对于人手臂与机械臂姿态之间的映射，主要是基于几何关系求其运动学正反解[6]，其***思想是进行线性映射，令机械手臂完全模仿人的手臂姿态。在变电检修的过程中，危险点主要集中在变电检修的实际场所以及涉及到的相应设备，有的也是因为人为操作有误，因此为了避免不必要的危险发生，相关管理人员要集中管控整体变电检修工作，集中落实严格管理的措施。而人体手臂构造与机械不同，手臂的生理结构决定了其不具备机械关节那样完全的自由度[7]，而且考虑到力度、能量消耗等因素，手臂做出不同动作的难易程度也不尽相同。这就导致在操作机械手臂完成一系列动作的过程中操作者容易疲劳，效率较低，不能长时间作业。

　　为了减轻使用者的疲劳度，提高控制的舒适性和效率，考虑人手臂的舒适程度以及能量消耗等因素的影响，提出一种基于映射关系的体感机械臂舒适控制算法。

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人机交互（Human-ComputerInteraction，HCI）主要是研究用户与系统之间的信息交换，它主要包括用户到系统和系统到用户的信息交换两部分。重点围绕节后易发生松懈松劲思想、随着气温好转现场监督检查松懈及管理标准降低等倾向，各部门、各单位要持之以恒、坚持不懈地强化现场监督检查。系统可以是各种各样的机器，也可以是智能电视机、智能手机以及计算机系统和软件。用户可以借助操纵杆、数据服装、眼动跟z器、位置跟z器、数据手套、压力笔等各类穿戴设备，用手势、声音、姿势或身体的动作、眼睛甚至脑电波等向系统传递信息，同时，系统通过各类机器、显示器、音箱等输出或显示设备给人提供信息。  理想状态下，人机交互将不再需要依赖机器语言，在没有键盘、鼠标以及触摸屏等中间设备的情况下，实现随时随地实现人机的自由交流。

   虚拟应用      Kinect在虚拟应用上，目前主要有几个方面，虚拟试衣镜，虚拟汽车展厅，虚拟乐器，技术成熟的当然是虚拟娱乐。若是面对具体而特殊的处理情况，相关检修人员要具体分析问题原因，然后针对不同的危险点进行对应的处理对策。随着网络购物的兴起，如何才能让网上购物有商场购物那一种试穿效果呢？虚拟试衣镜就可以实现，通过Kinect骨骼跟踪技术与增强现实技术，创建虚拟试衣镜，不但能看到穿在身上的3D效果，还能利用手势识别来回更换各款服装并进行鞋包等装饰品的搭配。这对于网络购物来说是一场革命。2012年芝加哥车展上尼桑s次采用了Kinect来展示汽车，全新的方式展示未上市的探路者车型，由于观众反响热烈，日产决定尝试在经销商处推出Kinect体验室。如果试点成功，那么该技术可能会推广到其他1100家经销商处，甚至有朝一日进入用户家中。对于虚拟乐器，比如空气吉他，通过Kinect手势操作虚拟吉他弹奏音乐。Kinect弹奏中国古代乐器，通过手势的改变可以演奏出不同中国古代乐器的声音。虚拟娱乐，Kinect通过扑捉人体骨骼，将人物映射到虚拟的游戏场景，通过肢体来控制虚拟人物移动，以此来开发大型娱乐游戏，让用户参与感的到极大提高。

   “亲历”危

　　“啊……”坐在体验椅上的架子工谢德余抓紧安全带，不由地叫了一声。屏幕上显示大风大雨天气中，数根脚手架从天而降，一名架子工从26楼高的空中随风坠落，这个场景让做了20多架子工的谢德余不由地惊呼起来。

　　摘下眼镜后，谢德余仍心有余悸。把高温下现场作业安全关随着气温节节攀升，近几日z高温度高达37摄氏度以上，迎峰度夏故障抢修任务繁重，高温下持续作业易导致作业人员疲劳、中暑、注意力分散。他说，这虽然只是一场脚手架坍塌的虚拟体验，但当看到工友从高空坠落，鲜血满地，还是吓出了一身冷汗。按要求，在施工中必须系好安全带，如果风力大于6级就不能施工了，但在刚才的虚拟体验中，那名工友不顾大风大雨抢工期搭建脚手架，在操作中又先拆除 连接件后拆除架子，操作错误，从而丢了生命。“今后一定要做到安全施工，决不能麻1痹大意，拿自己和他人的生命安全开玩笑。”谢德余说。

　　VR安全体验是否如此逼真震撼？笔者也戴上VR眼镜现场体验了一下塔吊倾覆事故。

　　镜头里，没有相关资质的施工人员正在拆除塔吊，笔者随着他来到数十层高的塔吊上，俯瞰下方，底下的人影变得渺小。两大创新点建立培训新模式电力安全实训中心有两大创新点，一个是安全培训理念上的创新，通过建立集“正向实训、逆向体验、虚拟互动、素质测评”为一体的电力安全培训新模式，使电力安全培训变成看得见、摸得着的体验式安全培训新模式。突然，塔吊开始剧烈摇晃，体验座椅也跟着剧烈摇晃起来，确实有一种瞬间心提到了嗓子眼的窒息感，从高空坠落的瞬间更是感觉天旋地转，大脑一片空白。

　　VR体验提高安全意识

　　“有了切身的体验，就会更珍惜生命。在高强闪电和雷击频繁时，应停止加气，必要时须切断电源，待雷击过后，再正常加气。 ”中建一局北京公司中迪项目安全负责人代恒奎介绍，体验馆里能够用VR模拟体验的项目都是建筑施工工地上的常见事故，比如高空坠落、物体打击、坍塌等伤害类型，覆盖了架子工、模板工、钢筋工等各个工种。作为一种体验式学习，当体验人员戴上VR眼镜，就能 “亲身”经历工程建设中的物体打击、高空坠落、电1击、坍塌等可能发生的各种危险场景，通过视觉、听觉、触觉来体验工作现场危险行为的发生和后果，从而增强自我保护意识，规范操作。

　　“讲一次不如让员工亲身体验一次。严控高坡地段、百辆列车操纵及机车制动机故障应急处置、中间站单机停留等关键作业。”据九龙坡区城乡建委安管站相关负责人介绍，这是该区的首1个 VR安全体验馆，也是“智慧工地”的一项内容。它将传统的 “说教式”教育转变为亲身“体验式”教育，让施工从业人员亲身感受违规操作带来的危害，提前吃'后悔药'，从而从本质上提升对安全的敬畏心理，强化安全防范意识，掌握相应的防范知识和应急措施。