人工智能参赛论文手机柔性智能支架设计的创新研究学校：天津农学院 参赛人：李海峰 包思园 赵慧 指导老师：刘娜 手机柔性智能支架设计的创新研究摘要：智能手机支架的设计卡通有趣风格，结合仿生的结构设计、选用轻便材料，且有自动夹持支架、耳机收纳、自拍补光灯、吸盘式支点、360°自动旋转及多个USB手机充电口。利用关节柔性引入了额外的自由度，使得原来为有限自由度的支架变成了具有无限自由度的支架。本着充分发挥商品利用率的宗旨，让人们花更少的钱享受更多的服务。关键词：人工智能；柔性；机械设计随着时代发展人们对手机的使用越来越多，所以当今社会出现了一个流行词“低头族”。一个智能手机支架不经可以解放人手，而且可以保护手机。在一定程度来说可以保护人的眼睛，这是因为智能手机支架可保证人脸始终正对手机。对于市面上的手机支架而言存在以下几个问题：第一，支架功能简单，只能用于简单支撑。第二，部分手机支架只能在固定场合使用，不便于携带。第三，由于部分支架支点太少，导致了支架稳定性差。上述问题满足不了人们的需求。因此手机支架的设计应该具备便携性和智能化。1.设计思路智能手机支架是一种随人脸转动，手机支架能转动一定角度的自动跟随系统。利用三角函数有关公式，对人脸实施准确定位。手机支架应具有创智能，不仅具有让人爱不释手的外观，而且具有强大的实用能够满足消费者的对美的追求和爱好，此智能支架本着实用、环保、美观、便携等特点，人性化服务、使用方便、轻便易携带等设计理念。以关节柔性、、选用轻质环保材料，且有支架、耳机收纳、自拍补光灯、多个USB手机充电口多种基本功能于一体。此支架添了LED灯，让黑夜自拍不再是梦。同时多个USB接口可以连接小风扇、小音箱等，让你有更舒适的环境去看手机。不断的对手机支架进行精心设计，为用户提供一个更舒适的、美好的学习和生活环境。2.结构说明和功能设计智能手机支架整体简单实用,大部分利用聚丙烯制成,由吸盘底座、手机支架、耳机收纳、USB手机充电口等几部分组成。（1）使用人脸跟踪技术实现手机支架调整利用双目立体视觉和seetface安卓版对人脸进行定位，在三维空间中视人脸为一点。如下图，点O为人脸，L、R表示两个摄像头，摄像头的焦距为（即成像平面到镜头之间的距离）两摄像头之间距离为b,为左摄像头L拍摄到的图像（简称左边图像）的中心，为点O在左边图像上的成像，为右摄像头，R拍摄到的图像（简称右边图像）的中心，为点O在右边图像上的成像。设O点空间坐标，左图像上坐标，有图像上坐标。以两摄像头中心处建立三维坐标系。根据三角形关系，可得：利用三维坐标可以求出人看手机的视线与手机支架平面（即x轴和y轴所在平面）的夹角和（x轴和z轴所在平面）的夹角，为了让消费者更清楚的看到手机内容，在一定程度上有助于保护消费者视力手机平面始终和人脸夹角为90度。支架平面（即手机平面）的角度变化在45度范围内。同时手机支架采用红外感应系统,针对手机宽度不同，可以自动调节夹持宽度。并且具有防滑落底托，保证手机的绝对安全。运用球面低副（如图1），可以使手机横着放、竖着放随心所欲，这为用户使用手机观看视频提供了方便。球面低副：具有三个自由度，保证了手机支架具有足够的自由度。在此机构的基础上通过安装辅助设备，便可以实现支架跟随人脸转动的功能。结构图如下：设计中统一采用步进电机，型号为：千水星 24BYJ48步进电机底座底座原理图注释：1.采用齿条传动，在电动机的带动下，实现自动上下。2.同样采用球面低副，让齿条的自由度更大。3.与1、2结构相同，所以省略。（2）辅助智能自拍功能通过与手机蓝牙进行连接，便可以开启自拍辅助功能。人们可以通过手机选择不同场景，同时智能手机支架的LED灯会根据不同的场景需求为拍照提供合适的环境。LED补光灯采用双色温，由手机进行轻松调控，白暖光自由调节，拍出更美的你。还可以通过人脸识别，获取特征点，系统会根据消费者的脸型为消费者推荐更合适头像挂件和更合适的发型，让爱美的你更加美丽。（3）疲劳的检测功能疲劳检测系统中一般包括三个模块,即脸部定位与跟踪模块、脸部特征定位模块以及疲劳识别模块。本文算法流程由图5.1所示。第一步,用基Adaboost方法定位人脸,在人脸区域内进一步定位眼睛;第二步,采用基于粒子滤波器算法跟踪眼睛,同时采用Camshift算法的方法跟踪脸部作为眼睛跟踪的后验确认;第三步,判断眼睛的睁闭状态并根据连续帧中的眼睛状态来检测疲劳。如果消费者疲劳，系统会提醒消费者及时进行休息，同时消费者离开手机的话，系统会自动停止一切操作，使手机进入锁屏状态。（4）附加功能设计耳机收纳部分则位于智能手机支架侧面,为较小的长方体，且为空心长方体。其功能是：犹如一个小抽屉，可放置小巧轻便的小物品。例如零钱、耳机、女生用的耳钉、项链等等。并且还可以当作手电筒使用，给消费者带来光明。功能创新与现有的手机支架相比,本设计除了主要针对支架的基本创新设计还增添了多个附加功能。考虑到用户的生活,本设计增加了多处收纳功能:如小零件、小物品的收纳,耳机线的收纳,这都体现在细节的设计上。功能上的创新更体现在零件多用上,本设计充分的发挥了产品的使用价值,即在使用主要部分时,次要部分则提供更多的辅助，让主要部分用起来更加舒服。首先,当用户在使用手机支架部分时,USB不仅可以保障手机的续航能力，而且可以连接小风扇为消费者带来清爽。3.发展前景智能手机支架的创新设计在现代市场上有着极大的竟争力。用户们不仅需要外观好看的商品,更重要的还是在于产品的功能性。所以本设计充分的体现了产品功能的多样性,这样的产品才能为用户的学习工作与生活提供更多的便利。参考文献:[1]张春林.机械创新设计!濮良贵，纪名刚《机械设计》第八版蔡自兴，徐光佑，人工智能及其应用（第三版）.北京：清华大学出版社，2003年史忠植. 高级人工智能（第二版）. 科学出版社,2006卢春雨,张长水,闻方等.基于区域特征的快速人脸检测法.清华大学学报(自然科学版).1999姜军,张桂林一种基于知识的快速人脸检测方法.中国图像图形学报.2002.周激流,张哗等.基于先验模板的人脸面部特征提取的研究.计算机辅助设计与图形学学报.2000山世光,高文,陈熙霖.基于纹理分布和变形模板的面部特征提取.软件学报.2001宋加涛,刘济林,池哲儒.人脸正面图像中眼睛的精确定位.计算机辅助设计与图形学学报.2005施树明,金立生,王荣本,童兵亮.基于机器视觉的驾驶员眼部状态检测方法.吉林大学学报(工学版).
