宋京

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一種高鐵多功能旋轉(zhuǎn)座椅設(shè)計

宋京

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

為了高鐵座椅舒適化及操作便捷性，文章設(shè)計了一種多功能旋轉(zhuǎn)座椅，設(shè)計包括：整體座椅旋轉(zhuǎn)功能，到站提醒功能，以及通過攝像頭人臉識別算法，疲勞檢測算法判斷座位是否有乘客及其是否處在疲勞狀態(tài)以便進(jìn)行久坐提醒及降低顯示屏功耗等動能。為高鐵座椅高效化提供一種解決方案。

旋轉(zhuǎn)；多功能；座椅；人臉識別

前言

近年來，我國高鐵建設(shè)迅速發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)平常高鐵出行中乘務(wù)員對每個乘客的到站信息并不是很了解；還是有乘客做過站的情況出現(xiàn)；有些乘客一坐就是幾個小時，容易疲勞，沒有為乘客提供提醒功能，當(dāng)座椅需要調(diào)整方向時，需要工作人員耗費(fèi)大量時間去人工調(diào)整?；谝酝袋c(diǎn)，本文設(shè)計此高鐵多功能旋轉(zhuǎn)座椅，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖1所示，座位的靠背反面安裝有液晶屏1，液晶屏內(nèi)置車票二維碼掃描器；振動器3安裝于座椅靠背正面；小型旋轉(zhuǎn)攝像頭13安裝于座椅上方的行李架上并傾斜一定角度，座位旋轉(zhuǎn)盤7通過定位銷與座位架6底部連接，在座位旋轉(zhuǎn)盤7與底座8之間安裝有步進(jìn)電機(jī)9和兩個絲桿螺母機(jī)構(gòu)5，步進(jìn)電機(jī)9頂端旋轉(zhuǎn)部分與旋轉(zhuǎn)盤7連接，絲桿螺母機(jī)構(gòu)5頂部與座位架6連接。

圖1

2 算法設(shè)計

識別座位是否有乘客及其是否處在疲勞狀態(tài)包括運(yùn)用AdaBoost算法進(jìn)行人臉檢測：AdaBoost算法是一種迭代算法，即針對同一個訓(xùn)練集訓(xùn)練不同的分類器，即弱分類器，然后把這些弱分類器集合起來，構(gòu)成一個更強(qiáng)的最終分類器。給定一系列訓(xùn)練樣本(1,1)，(2,2)，.......(p,q)，其中1=0表示其為非人臉樣本，1=1表示人臉樣本，為總共的訓(xùn)練樣本數(shù)。

對每個特征f，訓(xùn)練一個弱分類器（,,,）；計算對應(yīng)所有特征的若分類器的加權(quán)r錯誤率ζ ：

（3）選取最佳的弱分類器h（）

（4）最后的強(qiáng)分類為：

經(jīng)上述算法處理后，可得到三個或兩個人臉部分圖像，需對人臉圖像進(jìn)行標(biāo)號和單獨(dú)處理，運(yùn)用模板匹配算法進(jìn)行人眼粗定位：設(shè)模板匹配系數(shù)為()：

其中：

由于人眼近似于圓形，便可以運(yùn)用極坐標(biāo)變化進(jìn)行人眼瞳孔精確定位和狀態(tài)識別：

對粗定位區(qū)域進(jìn)行邊緣點(diǎn)檢測，并保存它的坐標(biāo)（X,Y）；設(shè)角度與半徑r的變化范圍；

計算出在單位時間內(nèi)圖像幀的總數(shù)量，與人臉位置坐標(biāo)不變的圖像幀總數(shù)量的比值：

將W值與實驗?zāi)０逯腥嗽谄跔铙w下的1值比較，判斷乘客是否進(jìn)入疲勞狀態(tài)。

計算出在單位時間內(nèi)圖像幀的總數(shù)量，與眼睛閉合狀態(tài)圖像幀的總數(shù)量的比值：

將T值與實驗?zāi)０逯腥嗽谄跔铙w下的1值比較，判斷乘客是否進(jìn)入疲勞狀態(tài)。

判斷出無乘客或乘客進(jìn)入疲勞狀態(tài)后，液晶顯示屏自動進(jìn)入免打擾模式，但震動系統(tǒng)仍需繼續(xù)運(yùn)行。

3 旋轉(zhuǎn)設(shè)計

座位旋轉(zhuǎn)盤通過定位銷與座位架底部連接，在座位旋轉(zhuǎn)盤與底座之間安裝有步進(jìn)電機(jī)和兩個絲桿螺母機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)頂端旋轉(zhuǎn)部分與旋轉(zhuǎn)盤連接，絲桿螺母機(jī)構(gòu)頂部與座位架連接。電機(jī)配合絲桿螺母機(jī)構(gòu)在座位啟動旋轉(zhuǎn)后，自動下降至座位旋轉(zhuǎn)盤下一段距離，待座椅旋轉(zhuǎn)結(jié)束方向固定后，回升至原先位置實現(xiàn)座位固定。步進(jìn)電機(jī)精確控制座位旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)座位180°旋轉(zhuǎn)。經(jīng)查高鐵車廂橫向尺寸總長1=2410，二等座三人座椅橫向尺寸2=1420，二人座椅橫向尺寸3=930，整個車廂座椅同時旋轉(zhuǎn)，座椅之間在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持平行狀態(tài)，所以不存在縱向干涉問題，以座椅中心為旋轉(zhuǎn)中心，座椅旋轉(zhuǎn)過程中所形成的兩個半圓直徑之和為4=23502410=1，所以也不存在橫向干涉問題。

4 結(jié)論

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計可以使乘客體驗更舒適，使列車更智能，效率更高，管理更方便，減少人工成本。

[1] 金傳洋,孫劍橋,邱雪歡,張惠民.基于PCA算法的人臉識別算法設(shè)計與實現(xiàn)[J].福建電腦,2018,34(11):108-109+117.

[2] 仇維斌,陳輝,嚴(yán)巖.高速列車座椅自動旋轉(zhuǎn)控制器設(shè)計[J].微特電機(jī),2017,45(06):87-89+97.

Design of a High-speed Rail Multi-function Rotary Seat

Song Jing

( School of Automobile, Chang'an University, shaanxi Xi'an 710064 )

For high iron seat comfort and convenience operation, this paper designs a multi-function rotating seats, design includes: overall seat rotate function, remind function, and through the camera face recognition algorithm, a passenger and its fatigue detection algorithm to determine whether a seat is a state of fatigue for sedentary remind and reduce the power consumption of the display screen and other kinetic energy.It provides a solution for the high efficiency of high speed rail seats.

Rotation; multi-function; seat; face recognition

A

1671-7988(2019)03-149-02

U238

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1671-7988(2019)03-149-02

U238

宋京(1994.7-)，男，陜西渭南，碩士，學(xué)生，研究方向智能機(jī)械。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.049