2021学年第3节 跌倒救助机器人完美版课件ppt

这是一份2021学年第3节 跌倒救助机器人完美版课件ppt，共27页。PPT课件主要包含了课堂导入，课堂小结等内容，欢迎下载使用。

当前，很多国家都面临人口老龄化的问题，老龄人口不断增加。而很多老年人都有跌倒的经历，据统计跌倒是造成伤害死亡的第四大因素,在65岁以上的老年人中则为首要因素。造成死亡的主要原因是老年人在跌倒后没有及时得到救治，耽误了最佳抢救时间。我们可以设计一个机器人来解决这个问题：准确、快速地检测老年人跌倒的发生并及时予以救助，以降低跌倒对老年人造成的伤害。
1. 掌握运动传感器、蜂鸣器等器件的使用方法。
2. 能设计、搭建一个跌倒救助机器人模型，并编写程序实现功能。
一、项目分析，方案确定
二、系统搭建，功能实现
本项目研究的问题是检测跌倒的发生，并在人跌倒后及时发出告警信号并及时救助。那么，如何检测到跌倒的发生呢?
（1）跌倒检测分析后发现，人的跌倒是一个复杂的运动过程，且速度会发生快速变化。在运动学中，描述速度改变快慢的物理量称为加速度；重力对自由下落的物体产生的加速度，称为重力加速度。人在跌倒时，在竖直方向受重力影响，其加速度会发生变化，可以通过检测加速度的突变来检测跌倒事件的发生。
思考:请和本小组的同学们一起分析，人的跌倒是怎样的运动过程，在跌倒过程中还有哪些物理量发生了变化?
（2）功能分析为了监测跌倒情况的发生，可以将跌倒检测设备穿戴在人体上。当人体跌倒时，发出告警声音提醒周围人群及时救助。还可以通过无线通信方式发出求救信号，等待机器人救助。所以可以将跌倒救助机器人分成两个部分。
用加速度传感器检测跌倒事件的发生，用蜂鸣器发出告警声音，用蓝牙模块传输告警信号。
根据设计方案，穿戴端主要组成有Arduin控制器、MPU6050模块、蜂鸣器、蓝牙模块和背带。为便于封装和穿戴，可以使用Arduin扩展板进行器件集成。
基于跌倒救助机器人的基本结构和模块的使用方法，将Arduin控制器与MPU6050模块、蓝牙模块和蜂鸣器模块进行系统接线，如下图所示：
器件的针脚对应表如下所示：
(1）数据分析穿戴端的主要功能是检测跌倒事件的发生，可以利用MPU6050模块获取加速度的突然变化来检测跌倒。MPU6050模块可以获取三维空间版X、Y、Z三个轴向的加速度值，MPU6050的程序模块在“传感器”分组中可以找到。
在Mixly中，MPU6050的使用比较简单，可以通过串口监视器将加速度值显示出来，以供研究，如下图所示：
小提示：字符“\t”在Arduin IDE中表示的是制表符，在窗口会显示出一定的间隔。
小提示：在串口监视器中，可以使用Ctrl+C组合键，复制出监视器中选定的数据。
任务一：设计一组实验，模拟跌倒事件的发生，并且获取跌倒过程中三轴加速度变化的数据，使用数据分析软件进行分析，写出你认为可行的跌倒检测的算法。
（2）跌倒检测算法的设计我们来做一个跌倒实验，将穿戴端设备穿戴在模特身上，模拟人类跌倒。
下图展示跌倒实验中采集的数据，并使用Excel软件将数据用折线图表示出来。
任务二：请你认真分析跌倒实验数据分析折线图，提炼出图像的信息特征并加以解释。
从数据分析可以看出，在跌倒情况发生时，三个轴向的加速度都发生了剧烈波动。为简化检测，我们可以运用在单个轴向上（以Y轴为例)，在跌倒时间内（按1s计算）求极值的方式来检测跌倒的发生。
思考：结合实验数据分析，思考和探究如下问题:1.基于实验，你们小组确定的告警阈值为多少?2.上图所示的算法有没有可以改进的地方？请提出你的想法。3.除了用极值的方式检测跌倒事件，还有其他算法吗?
(3）程序编写基于上面的分析，首先设计告警函数alarm( )，用于跌倒后使用蜂鸣器发出现场告警求救声音。对于发出蓝牙信号的功能将在后面补充。
依据本文稿21页所示算法设计跌倒检测与告警程序。
阈值需要根据跌倒实验的结果做调整