CN219846578U - 一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置 - Google Patents

Abstract

一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置属于人体位姿识别技术领域，尤其涉及一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置。本实用新型提供一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置。本实用新型包括两个凹槽1，其特征在于所述两个凹槽1通过转动轴2相互连接，所述凹槽1底部设置有用于承载激光雷达传感器5的承托框3。

Description

一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置

技术领域

本实用新型属于人体位姿识别技术领域，尤其涉及一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置。

背景技术

行动不便者的起床移乘过程是他们日常生活中最基本的行为。起床移乘过程，是指行动不便者在护理人员辅助下，完成从平躺状态被辅助至站立状态，最后转移到坐的状态这一过程。其中，识别患者双腿的动态位姿是最关键的步骤，基于患者的人体站立过程的动态位姿驱动辅助设备进行随动控制，为使用者提供入座的最佳角度，最终提高行动不便者起床移乘的安全性并减轻护理人员的工作负担。

护理人员在辅助患者入座这个动态过程中，由于护理者和患者的双腿站位随机、躯干产生遮挡且轮廓随机分布，极易产生识别错误或者较大识别误差。

目前，用于躯干遮挡状态下动态识别人体位姿的装置存在着使用麻烦、灵活性差，并且不能根据不同患者的不同身高调整人体位姿识别装置的识别角度和识别高度等问题。

实用新型内容

本实用新型就是针对上述问题，提供一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括两个凹槽1，其特征在于所述两个凹槽1通过转动轴2相互连接，所述凹槽1底部设置有用于承载激光雷达传感器5的承托框3。

作为一种优选方案，本实用新型所述一个凹槽1水平放置，另一个凹槽1与地面间呈20-50的夹角。

作为另一种优选方案，本实用新型所述激光雷达传感器5依次电信号连接主机、TTL转USB转换模块、内部通信模块、外部通信模块、RS232转TTL模块，两个激光雷达传感器5的电源接口通过USB电源线连接稳压电路数据端,两个激光雷达传感器5的通信接口连接至主机；通信模块两处之间为Zigbee点对点通信。

作为另一种优选方案，本实用新型所述激光雷达传感器5使用八针脚数据接口，两个针脚提供电源，两个针脚做预留，TXD针脚发送数据，RXD针脚接收数据，GND接地，OUTPUT为输出端，通过DB9接口与主机相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述凹槽1两端的设置有用于实现激光雷达传感器5的位置调节的调位螺栓4。

其次，本实用新型所述承托框3整体呈“回”字型，且承托框3固定在凹槽1底部；承托框3顶部的螺母3-1用于与调位螺栓4相连构成丝杆结构；承托框两侧侧板3-3上部的卡扣3-2卡到凹槽1两侧的滑槽内；承托框的两侧侧板3-3上开设有用于露出激光雷达传感器5的接口的开口。

另外，本实用新型所述凹槽1端部设置有固定孔6。

本实用新型有益效果。

本实用新型通过使用双激光雷达传感器同时识别护理人员与行动不便者的腿部轮廓与背部轮廓，利用数据融合算法过滤护理人员的腿部轮廓，准确提取行动不便者的站立位姿信息，提供了一款灵活性高、通用性好的检测装置，可以有效解决在遮挡状态下人体动态位姿的识别难题，为机器人和使用者的人机协作提供良好的平台。

本实用新型通过转动轴的限位转动，可以实现调节激光雷达探测角度的目的，从而实现对不同身高患者动态位姿的测量。

在肢体遮挡及动态背景的移乘场景下，通过两个不同排布的激光雷达传感器检测护理人员与行动不便者的腿部轮廓数据与腰背部轮廓数据，并将该数据并发送给主机进行动态位姿识别与计算；基于该动态位姿调整辅助设备的驱动速度与转向角度，并通过内部通信模块和外部通信模块将驱动指令发送给辅助设备，最终实现辅助设备在复杂背景下的随动运动。

本实用新型弥补了在移乘过程中产生躯干遮挡的状态下，现有产品大多存在的识别精确性低、采集信息误差大、设备灵活性差等缺点，为肢体遮挡、腿部随机站位场景下人体动态位姿的识别提供了一个可靠的检测装置。

本实用新型设计在躯干遮挡状态下能够识别动态人体位姿的装置，可直接集成于结构、功能类似的辅助机器人中。装置可以利用转动轴调节凹槽的角度和承托框的位置，从而改变激光雷达传感器的探测角度和探测范围，能更准确地识别行动不便者的位置，以此来满足不同身高使用者的需求，实现一种非接触式的、人机交互性好、检测精度高且灵活性强的人体识别装置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为本实用新型躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置的立体示意图。

图2为本实用新型躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置的侧视图。

图3为本实用新型躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置中承托框的局部放大图。

图4为本实用新型躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置的接线示意图。

1、凹槽；2、转动轴；3、承托框；4、调位螺栓；5、激光雷达传感器；6、固定孔。

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括两个凹槽1，其特征在于所述两个凹槽1通过转动轴2相互连接，所述凹槽1底部设置有用于承载激光雷达传感器5的承托框3。

所述一个凹槽1水平放置，另一个凹槽1与地面间呈20-50的夹角。

所述激光雷达传感器5单个工作时只能检测一个平面的环境特征。当护理人员辅助行动不便者进行起床移乘时，两人的双腿和躯干的轮廓随机分布，因此，激光雷达传感器5的数据无法直接准确地判断出护理人员与行动不便者的腿部轮廓，进而无法计算行动不便者的实时位姿。此时，所述凹槽1之间呈一定角度连接在一起，一个凹槽1水平放置，另一个凹槽1与地面间呈20-50的夹角固定。所述凹槽1底部的承托框3用于承载激光雷达传感器5。所述激光雷达传感器5的不同排布方式：水平放置的激光雷达传感器5用于检测护理者与目标者腿部轮廓，能够得到小于等于四个类圆柱的腿部轮廓，相对地面呈一定角度的激光雷达传感器5用于检测使用者的腰背部轮廓，通过对检测的数据进行融合处理来判断两人的位置分布情况及行动不便者的实时位姿。

所述激光雷达传感器5依次电信号连接主机、TTL转USB转换模块、内部通信模块、外部通信模块、RS232转TTL模块，两个激光雷达传感器5的电源接口通过USB电源线连接稳压电路数据端,两个激光雷达传感器5的通信接口连接至主机；通信模块两处之间为Zigbee点对点通信。

两个激光雷达传感器5的电源接口通过USB电源线连接稳压电路数据端，为正常工作提供5V稳定的电压,通信接口连接至主机。所述激光雷达传感器5使用的八针脚数据接口，两个针脚提供电源，两个针脚做预留，TXD针脚发送数据，RXD针脚接收数据，GND接地，OUTPUT为输出端，通过DB9接口与主机相连。主机将两个激光雷达检测到的数据进行数据处理。所述通信模块两处之间均为Zigbee点对点通信模块，即人体位姿识别装置将激光雷达传感器5探测到的使用者位姿数据，经过主机的数据处理后得到了机器人运动控制指令，再通过TTL转USB模块传输到Zigbee通信模块，该通信模块将辅助设备运动控制指令通过无线传输的方式发送到辅助设备平台，辅助设备平台按照主机提供的数据进行随动控制，同时，获取机器人运行速度、压力传感器等信息，并实时将数据实时反馈回主机。

本实用新型的辅助设备可为智能排泄辅助机器人，此类机器人的主要功能是辅助行动不便者完成日常排泄任务。所述机器人底盘有三个全向轮，所述全向轮呈正三角型分布。所述底盘集成了姿态传感器、超声波传感器和轮速传感器。所述底盘的上方为智能马桶。所述机器人的电源接口及开关按钮位于底盘的左侧，底盘的右侧为RS232通信接口，所述接口用于连接外部主机，可获取机器人轮子的驱动速度和转向角度，以及机器人与行动不便者的距离等信息，结合机器人的运动学与动力学方程，可实时对智能排泄辅助机器人发送运动控制指令。

连接两个凹槽1的转动轴2通过不同材料的摩擦力达到限位转动的效果，从而实现根据不同患者的身高不同来调整人体位姿识别装置的识别角度和识别高度。

凹槽1两端的调位螺栓4用于实现激光雷达传感器5的位置调节，避免传感器探测范围受到遮挡。

所述激光雷达传感器5使用八针脚数据接口，两个针脚提供电源，两个针脚做预留，TXD针脚发送数据，RXD针脚接收数据，GND接地，OUTPUT为输出端，通过DB9接口与主机相连。

所述凹槽1两端的设置有用于实现激光雷达传感器5的位置调节的调位螺栓4。

所述承托框3整体呈“回”字型，且承托框3固定在凹槽1底部；承托框3顶部的螺母3-1用于与调位螺栓4相连构成丝杆结构；承托框两侧侧板3-3上部的卡扣3-2卡到凹槽1两侧的滑槽内；承托框的两侧侧板3-3上开设有用于露出激光雷达传感器5的接口的开口。

通过调位螺栓4可以调节激光雷达传感器的位置，有利于传感器沿凹槽侧边的轨道方向移动，避免遮挡其探测范围。

优选的，所述承托框两侧设有开口；便于激光雷达传感器的接口接线。

承托框3整体呈“回”字型，且承托框固定在凹槽1底部，起到承载激光雷达传感器的作用；承托框顶部的螺母3-1用于与调位螺栓4相连构成丝杆结构；承托框两侧侧板上部的卡扣3-2起到固定承托框的作用，同时便于其沿凹槽侧边的轨道移动。承托框的两侧侧板3-3上开设有开口，用于露出激光雷达传感器5的接口，便于接线。

固定孔6用于完成人体识别装置的整体安装，从而集成至辅助机器人的前方，并且保证了装置安装的稳定性。

所述凹槽1端部设置有固定孔6。

所述激光雷达传感器的型号为URG04LX，检测半径为5600mm，测量范围为240°，扫描时间为100ms，扫描角度分辨率为0.36°，输出每点的测量距离共683点，误差小于1%，采用非接触式测量方式，通过5V稳压电路连接电源。

采用上述进一步方案的技术效果是：单个激光雷达传感器的供电电流为500mA，启动电流可达800mA，因此双激光雷达最大瞬时电流可达1.6A。本实用新型选用具有较好的负载调整率与线性调整率的XL4015-ADJ电源芯片，它是开关降压型的DC-DC转换芯片，该模块具有0.8％的负载调节率，小于或等于96％的非常高的转换效率，芯片内部集成了多种保护，模块输出电压为1.25~32V且可调，本实用新型选用的两个激光雷达传感器5的额定电压均为5V。因此，该稳压电路输出调节为5V。

本实用新型的具体工作原理及使用方法为：将该实用新型安装于辅助设备正前方，在护理人员与被护理人员身体轮廓重叠和人体位姿动态变化的移乘场景下，通过水平放置的激光雷达传感器5横向扫描护理人员与行动不便者的腿部轮廓数据，通过与地面呈一定角度放置的第二台激光雷达传感器5检测行动不便者的腰背部轮廓数据，将这些数据进行融合并发送给主机进行动态位姿识别与计算。基于该动态位姿给辅助设备提供合理的驱动速度与转向角度，并通过内部通信模块和外部通信模块将驱动指令发送给辅助设备，实现准确识别被护理者双腿的动态位姿信息的目的。通过调整两个的凹槽的角度，改变人体位姿识别装置的识别角度和识别高度，实现对不同患者不同身高的检测。

本实用新型还可提供以下工作方法：将该实用新型安装于辅助设备正前方，基于系统能精确识别被护理者双腿的动态位姿信息，辅助设备可根据该位姿数据跟随被护理者移动。当被护理者将要坐下时，辅助设备可以让被护理者以最合适的位置入座；当被护理者由坐下到站立的过程中，辅助设备又会解除随动控制，不阻碍被护理者的运动意图，实现了人机交互的深度融合。与此同时，通过检测被护理者的移乘姿态信息，辅助设备跟随被护理者的移动步态进行随动控制，保持与被护理者相同的速度。当被护理者的步态发生变化，辅助设备能够马上判断被护理者是否重心不稳，是否发生跌倒等情况，并及时调整自身位姿，确保能够准确接住被护理者。同时，系统自动触发报警信号，为护理人员汇报异常行为。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，包括两个凹槽（1），其特征在于所述两个凹槽（1）通过转动轴（2）相互连接，所述凹槽（1）底部设置有用于承载激光雷达传感器（5）的承托框（3）。

2.根据权利要求1所述一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，其特征在于所述一个凹槽（1）水平放置，另一个凹槽（1）与地面间呈20-50的夹角。

3.根据权利要求1所述一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，其特征在于所述激光雷达传感器（5）依次电信号连接主机、TTL转USB转换模块、内部通信模块、外部通信模块、RS232转TTL模块，两个激光雷达传感器（5）的电源接口通过USB电源线连接稳压电路数据端,两个激光雷达传感器（5）的通信接口连接至主机；通信模块两处之间为Zigbee点对点通信。

4.根据权利要求1所述一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，其特征在于所述激光雷达传感器（5）使用八针脚数据接口，两个针脚提供电源，两个针脚做预留，TXD针脚发送数据，RXD针脚接收数据，GND接地，OUTPUT为输出端，通过DB9接口与主机相连。

5.根据权利要求1所述一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，其特征在于所述凹槽（1）两端的设置有用于实现激光雷达传感器（5）的位置调节的调位螺栓（4）。

6.根据权利要求1所述一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，其特征在于所述承托框（3）整体呈“回”字型，且承托框（3）固定在凹槽（1）底部；承托框（3）顶部的螺母（3-1）用于与调位螺栓（4）相连构成丝杆结构；承托框两侧侧板（3-3）上部的卡扣（3-2）卡到凹槽（1）两侧的滑槽内；承托框的两侧侧板（3-3）上开设有用于露出激光雷达传感器（5）的接口的开口。

7.根据权利要求1所述一种躯干遮挡状态下动态人体位姿识别装置，其特征在于所述凹槽（1）端部设置有固定孔（6）。