自动化人体位移捕捉器研究

北京联合大学 张文龙 焦 阳 郭焕萍 狄菁玏 刘妙阳

DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2020.04.010

1 捕捉器概述

1.1 人体位移捕捉器的现状和问题

近年来，目前市场上大多数是指能够定位在固定点进行人体的识别和捕捉，还未有能够自动跟随人体的智能捕捉器，也未有类似项目的出现。所有类型只可固定在一个方向，不能随意转动，想要变换角度需要人为的操作，极为不便更不能自动追踪人体以及随意切换角度，而且当遇到碰撞时抖动十分剧烈，屏幕无法即使稳定下来，还需要人为固定，用起来极为不便，不能达到消费者真正满意的效果，所以我们想通过此设备达到不在人动手的前提条件下，任意切换角度，追踪人体的功能及优势。1.2 人体位移捕捉器的概念

人体位移捕捉器是一种用于测量，跟踪运动物体在空间中运动状况进行描述的高科技设备，通过对光点的监视和跟踪来完成对人体运动的捕捉及追踪。目前各领域还未有能够随人体移动而自由跟随人体移动的设备，该项目恰好从该领域着手制作，精确跟踪人体移动，运用蓝牙及超声波人体红外感应技术，使机器可以精准跟随人体位置，选择最佳拍摄或投影位置，达到对人体的追踪与识别，从而方便人们的生活，为社会生活带来便利。

2 自动化人体位移捕捉器的思路

2.1 自动化人体位移捕捉器的设计思路

自动化人体捕捉器的功能核心是代替人来进行生活或生产过程中的部分工作，其功能的实现涉及到了两个方面，一是自动化，二是捕捉。在生活中，该仪器在调试成功后，可用以视障人士在日常生活中使用，对安全距离内的人及时发现并改变移动方向，防止发生碰撞意外，在生产过程中，我们可以将其装在运输工具上，实现运输工具的自主运输，减少不必要劳动力，为生产生活带来便利，因此在设计的时候我们便遵循“同时可以满足自动化和捕捉功能、分模块设计、加强各模块联系”的理念，要求既能满足自动对人体进行捕捉，又能产生几种不同的方式对捕捉结果进行把控。在进行具体的设计和操作时，结合实际情况，选择稳定可靠的开发平台、满足所需功能、兼顾技术和经验等设计原则。2.2 自动化人体位移捕捉器的开发平台简介

为了便于实现自动化捕捉，我们选用Arduino小车及机械臂为主要模块，Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。因此他的功能很容易被拓展，由于其体积小，且无线WiFi通信、蓝牙、红外三种通信技术均适配于Arduino，数据传输稳定性较好。2.3 自动化人体位移捕捉器的架构设计

结合当时对自动化捕捉器的设计思路，为实现其自主移动同时

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捕捉人体位移的设想，因此我们选择了将两模块分离实现的方案，

用Arduino小车来实现其移动，用机械臂和人体识别模块来进行位移捕捉，此外，结合无线WiFi、蓝牙及红外控制，我们产生了两种设计方案，一是“沿着固定路线对沿途的人体位移进行捕捉”，二是“通过其他的通信方式对小车的路线进行控制并自动自行人体捕捉”。以搭载机械臂的Arduino小车为基础，机械臂为协助人体识别模块的工具，三者之间相互协作。当人体识别模块识别到人体靠近或不在安全距离内时，可发出红外或超声波作为报警信号，此时Arduino接收传出的红外或超声波信号，并将信号转化为小车移动信号，通过程序输入，接收到信号后发出命令使小车停止移动，或改变小车移动方向，使其像远离人的方向移动。总之采用模块化设计，包括基于超声波传感器的自主避障模块、基于红外循迹传感器的黑线循迹模块、基于红外、蓝牙、无线WiFi三种通信方式的自主移动模块这三部分，并分别与红外遥控器、智能终端蓝牙、基于无线WiFi的app建立互联，通过多传感器和多通信方式，实现了自动化人体位移捕捉。

3 人体位移捕捉器的实现

3.1 人体位移捕捉器的自主跟随移动

人体位移捕捉器是利用四足机器人搭载人体感应模块，超声波模块和机械臂的联合使用，首先将已经编好的程序录入系统中，让其能够实现自主的一个跟随，再通过蓝牙对机械臂进行微调从而达到预期的合适距离或位置，本系统通过利用人体感应模块的全自动感应和超声波模块的避障功能来实现跟随和调整。

（1）人体位移捕捉器的人体感应模块：

人体位移捕捉器的人体位移感应是通过人体感应模块实现的。通过利用人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。我们利用该模块的可重复触发方式，即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开或静止后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)，所以当有人在移动时，它可以连续的传输一个信号，让其保持在工作状态。

（2）人体位移捕捉器的超声波模块：

在跟随的过程中我们用到了超声波模块，超声波具有检测前方障碍物距离的功能，根据实际情况的要求，该模块可在达到设定距离后进行调整或停止，也就是超声波传感器先发射低电压与发射高电压两个过程测距，当人体位移捕捉器跟随人的距离达到已规定的最小距离时，人体位移捕捉器即会马上做出后退或停止等一系列相应调整动作。

ELECTRONICS WORLD・探索与观察3.2 人体位移捕捉器上机械臂位置的微调

本系统采用了机械臂作为微调的主要器件，机械臂的运作靠舵机驱动，通过舵机与小车的控制板连接从而连接至Arduino。为了提高灵活度，我们采用了六位舵机的机械臂，然后根据实际情况与红外遥控共同进行开发。即当人体位移捕捉器跟随人体移动并达到超声波规定距离停止跟随后，可以用红外遥控对机械臂进行一个位置的微调，从而满足更精确的位置要求。

基础上，基于简单方便，舒适智能的要求，我们制定了一系列的可行方案，此次项目的创新点在于设备感应方面的革新，利用人体感应技术及蓝牙连接的机械化设备，只需提前设置好，就可以使设备具备自动化可跟随人体跟踪的功能，并且旋转更加稳定，从而可以防止因碰撞带来的不稳定。让设备灵活追踪人体移动方向，不是人去找机器，而是机器去寻找人，从而达到高质量高指标的要求，给人们达到最大程度上的便利。5.2 展望

随着当前互联网技术和多媒体设备的发展，拥有广阔的覆盖面，以及人们对生活舒适度的高指标高追求，本产品的研发可以极大的解决上述问题并为社会生活带来便利，提供一个更舒适的生活环境，利用先进科学技术代替人力劳动，可以满足大部分人们的生活需求，提高生活满意度。我们这款自动机械化设备通过超声波模块和人体识别的模块及当今流行的二维码扫描对人体进行跟踪定位，从而实现人体跟踪，为人们的学习生活带来便利，学习时可以将书本放于支架上，用手机放松看剧时可以将手机放于支架上，用于双手免于手动调节角度，该产品是对当今市场上懒人支架的一种改进，该项目正是迎合科技发展的潮流，通过先进的高科技设备，完成人类双手无法完成的事情，从而提高对生活的舒适度及满意程度，最大程度上方面人们是我们的目标及追求。

4 系统测试

在所有的程序与设备完全得到完善并能够成功运作的情况下，我们进行了一系列复杂的测试，目的为了在测试中检验系统的稳定性以及该系统应用到实际现实中的效果。第一步，我们通过对捕捉器录入已编好的程序，先对人体感应模块的识别性能和超声波模块的测距功能进行大量测试以此来验证捕捉器的自主跟随移动，得到了捕捉器完全可以自主跟随移动的结论；第二步，我们捕捉器上搭载的机械臂的伸展以及灵活度进行详细测试，得到了机械臂在红外遥控下在大部分范围是可以移动到的；第三步，在前两步的基础上，我们对捕捉器整体进行综合测试，其能够相对较好的满足跟随人体移动的目的，并且机械臂也弥补了精确位置上的误差，整个系统具备较强的应用性。5 总结与期望

5.1 总结

本文在分析了当今人们消费需求和当前不足之处及存在的问题

通讯作者：焦阳。

DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2020.04.011

本文详细介绍了某联合循环发电机组的汽轮机蒸汽管道系统，并对汽轮机启动时暖管时间过长的主要情况进行了说明。针对存在的问题进行研究，对潜在的影响因素进行分析并提出改进措施和应对方案。通过具体实施验证，取得了良好的效果，具有明显的节能与环保效益。

北京某电厂建设１套300ＭＷ级燃气－蒸汽联合循环抽汽供热发电机组，机组配置1台燃气轮机＋1台余热锅炉＋１台蒸汽轮机＋2台发电机，布置类型为多轴布置。汽轮机是由上海电气集团生产的LZC(B)81-7.8/0.65/0.3型81MW汽轮发电机组，额定功率：（纯凝）81.550MW，冬季供热工况功率：（性能保证）57.354MW。

机组默认启动方式为高压缸启动。从燃机点火到汽机冲车时间为131分钟，对电厂汽机并网时间有一定影响。通过采取针对性措施，在满足启动前蒸汽管道升温升压的要求的同时，缩短汽轮机暖管时间以及在达到启动过程中汽轮机金属温升、温差、缸胀及胀差等暖机参数要求的同时，缩短汽轮机暖机的冲转时间能够同时满足降低启机能耗和电网快速并网的要求（黄小军.600MW汽轮机的优化启动[J].华电技术,2016,38(7):20-24）。

两侧的主汽阀和调节汽阀通过导汽管道从下部两个蒸汽入口进入到高中压缸内。来自锅炉的低压补汽分为两路，一路通过低压旁路阀减温减压后进入凝汽器，另一路则通过补汽阀和相应的导汽管进入高中压缸第10级后。高压蒸汽在高中压缸内做功后从中压排汽口处排出，中压排汽口有上、下两个排汽口，当汽轮机以凝汽方式运行时，蒸汽由上排汽口排出经过中低压联通管进入低压缸。当汽轮机以纯背压方式运行时，低压缸解列，中压排汽由下排汽口排出以供热。

北京京能未来燃气热电有限公司 朱晋杰吕佳奇郝艳峰

2 问题研究分析

汽轮机在冲转前暖管过程中，主汽阀体蒸汽温度和高压过热器出口蒸汽温度偏差逐渐增大，最大相差97℃，机组冲转至3000r/min后温度偏差逐渐减少至10℃以内。

主汽阀体蒸汽温度与高压过热器出口位置处的蒸汽温度在暖管时偏差太大，自2017年5月开始分析查找原因。

1 汽轮机蒸汽管道系统概况

来自锅炉的高压主蒸汽分成两路，一路通过高压旁路阀减温减压后进入凝汽器，另一路一分为二，从位于高中压缸

汽轮机启动暖管时间长的影响因素分析及处理

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