一种基于单通道 sEMG 分解与 LSTM 神经网络 相结合的手势识别方法

在基于表面肌电(sEMG)信号的动作识别中,使用单通道传感器能够简化系统、减少识别延时,但也存在识别精度偏低的问题。为了提高识别精度,本文提出将单通道sEMG信号分解策略与长短期记忆(LSTM)循环神经网络识别相结合的方法。在该方法中,先将单通道sEMG信号分解成多通道运动单元动作电位序列(MUAPTs),然后提取MUAPTs的特征,最后将这些特征对LSTM分类模型进行训练。为了验证该方法的有效性,本文以手势动作识别为对象,对6名受试者分别建立了4种分类模型,包括基于未分解信号的支持向量机(SVM)、基于分解信号的SVM、基于未分解信号的LSTM、以及本文提出的基于分解信号的LSTM,并定义识别精度量化指标对这四种模型的分类结果进行评估。对于旋前方肌sEMG信号,在使用本文所提方法进行手势识别时,平均估计精度均能达到90%以上,比未分解的LSTM高18.7%,比分解信号的SVM高4.17%,比未分解信号的SVM高11.53%。实验结果验证了本文所提方法的有效性。     

多模式人手动作分类识别方法

为了满足手部运动功能康复器的主动康复训练对多种人手动作模式识别的需求，分析了表面肌电信号采样通道设置布局、训练样本制作、特征提取方式、模式分类器结构参数等因素对手部动作识别的影响，设计了针对前臂的表面肌电信号采集方案，分别基于时域统计量、自回归模型系数、小波包分解系数特征设计了BP神经网络分类器。实验结果表明：对6种单指动作、13种多指动作、20种手部动作的最佳平均识别率分别为98.5%、92.4%、90.9%，计算时间小于190 ms，验证了所提出方法的有效性和实用性。     

脑电信号的混沌分析和小波包变换特征提取算法

针对脑电(EEG)信号的手部动作模式信息处理,提出一种混沌分析和小波包变换相结合的特征提取方法.用眼动辅助来采集手部动作时的脑电信号,对采集的C3、C4 、P3和P4脑电信号消噪后分别用混沌分析和小波包变换的方法进行特征提取,前者提取混沌特征的最大Lyapunov指数和关联维数,组成8维向量;后者提取脑电信号的4种特征节律波,分别计算其相对能量,组成16维向量;最后把两种方法提取的向量组成24维特征向量,输入SVM分类器,实现基于EEG信号的手部动作模式的识别.对不同个体上翻、下翻、展拳、握拳4种手部动作的识别实验表明,平均识别率均在80%以上,明显优于其他方法识别的结果.     

基于sEMG和GRNN的手部输出力估计

针对智能肌电假手力控制的需要,提出一种基于表面肌电信号(s EMG)和广义回归神经网络(GRNN)的手部输出力估计方法。首先在介绍实验平台的基础上详细描述了肌电信号的采集和特征提取方法以及广义回归神经网络的构建;然后,通过在手臂8个不同部位粘贴肌电传感器来检测手部动作过程中的肌电信号;同时为了全面测量人手在三维空间中的输出力,采用三维力传感器对手部的输出力进行测量;在同步获得手臂上的多通道肌电信号(X)和手部三维力推拉信号(F)后,对采集得到肌电信号进行了特征提取得到特征矩阵X_F;将X_F和F用于构建GRNN网络,并用均方差和残差绝对值均值对手部输出力的估计结果进行评估。为验证该方法的有效性,进行了实验验证,结果表明,该方法能够很好地利用sEMG对手部的输出力进行估计。     

基于sEMG与足底压力信号融合的跌倒检测研究

跌倒已经成为一种普遍危害老年人身心健康的事故,需要得到及时救治。设计了一种基于表面肌电(s EMG)和足底压力信号融合的跌倒检测系统。提取s EMG的近似熵及基本尺度熵特征,并根据足底压力的变化规律,提取动作信号段的压力特征,通过D-S证据推理将肌电信号与足底压力信号的SVM决策融合获得综合判别结果。实验结果表明,该方法对跌倒与ADL的平均识别率达到了91.7%,优于单一信源识别结果。     

基于组合RNN网络的EMG信号手势识别

肌肉计算机接口(MCI)系统是虚拟现实、人机交互研究的热点之一,其核心问题是EMG肌电信号分类,因而MCI系统可以与深度学习方法有效结合。表面EMG信号分为高密度瞬时信号与稀疏多通道信号,前者类似于图像,可以采用CNN网络处理;本文应用RNN网络对后者进行研究,并利用MYO臂环实现了相应MCI系统。稀疏多通道EMG信号是不定长时间序列信号,前后时间相关性高,采用RNN网络进行分类。通过对原始信号进行时域、时频域、频域特征拓展,获得原始信号的多流特征序列,并提出两类组合RNN网络架构处理相应多流信号。用户依赖时算法准确率达90.78%,非用户依赖的人群测试中手势识别准确率达78.01%,实时动作识别准确率达82.09%,算法能在61.7毫秒内识别手势动作。本文所提出的组合RNN网络方法可以有效区分基于EMG信号的不同动作,且所设计的MCI系统用户泛化性与工作实时性表现好。     

多自由度假手控制和实验系统的设计

设计了多自由度假手控制系统,采用了分布式结构,有2个DSP分别进行假手的本体控制和基于EMG信号动作识别.建立了多自由度假手控制实验平台,可以进行离线训练和基于DSP的在线动作识别.     

基于时空图小波神经网络的手部动作识别方法

根据车间人员操作监控的需要,文中研究了一种基于深度学习的新方法——时空图小波神经网络（ST-GWNN）。该算法对图小波卷积进行参数化,以降低每层图卷积层的参数复杂度,并采用一阶切比雪夫多项式逼近图小波卷积;分离多项式阶数 K 与邻接节点阶数之间的关系,固定多项式阶数,通过调整超参数 s 来改变邻域范围,从而识别更多复杂的手部动作。实验结果表明,文中提出的ST-GWNN在动作识别中的识别率优于目前常用的时空图卷积神经网络,并且能够充分利用动作的时空关联性。     

单通道AE信号盲分离的飞机构件监测方法研究

基于声发射(AE)技术的飞机结构件疲劳裂纹检测是飞机健康状态识别的一种有效方法。由于声发射信号的瞬态性、不确定性、微弱性和易受机电干扰性,使声发射检测技术很大程度上已演变成信号处理问题,目前多数研究报道的是单源声发射信号的降噪处理。然而,在实际应用中,不仅结构件出现疲劳裂纹时会产生AE信号,而且紧耦合的结构体之间也会因冲击载荷产生弹性波,以至观测信号一般是多源AE混合信号,波的传播时延的存在使得信号混合方式为卷积混合。针对目前测试方法不能正确识别AE信号,以致难以识别结构体是否存在疲劳裂纹的问题,提出一种具有信号源个数估计的单通道非负矩阵分解解卷积盲源分离算法。首先采用经验模态分解方法将单通道混合信号分解为多个本征模态函数;然后采用主成分分析法估计信号源个数,并重构观测信号;最后通过非负矩阵分解解卷积得到各个源信号。实验结果表明,单通道盲源分离算法能正确分离AE信号,为飞机关键结构件的疲劳裂纹监测提供了一种方法。     

全矢样本熵在高速列车故障诊断中的应用

为了有效提取高速列车转向架振动信号的故障特征以及针对单通道采集的信息难以完善地反映出列车运行状态的问题,提出了一种基于全矢样本熵(full vector sample entropy,简称FVSE)算法的故障特征提取方法。首先,使用噪声辅助多元经验模态分解(noise assisted multivariate empirical mode decomposition,简称NAMEMD)方法对振动信号进行分解,得到一系列多元本征模态函数;其次,根据相关系数法选择与原始信号最相关的本征模态函数分别进行样本熵和全矢样本熵特征提取;最后,将得到的特征向量分别作为支持向量机的输入对列车状态进行识别。实验结果表明,采用全矢样本熵算法的故障识别率普遍比采用样本熵算法提高了6个百分点,最高达到了98%以上,验证了噪声辅助多元经验模态分解方法结合全矢样本熵算法对高速列车故障诊断的有效性。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

RLS and LMS blind adaptive multi-user detection method and comparison in acoustic communication

RLS and LMS blind adaptive multi-user detection algorithm and multi-user detector was proposed to solve the problem of multi-user signal detection problem encountered in underwater acoustic communication networks.In simulation analysis,RLS and the LMS blind adaptive multi-user detector were designed and tested for synchronous and asynchronous multi-user communication process.The results of SIR comparison and MMSE comparison show that,both of the two methods can realize blind adaptive detection when any user change in multi-user communication,during this process,the training communication sequences are not needed.The RLS algorithm has about 5 dB higher in SIR compared with LMS algorithm,and the convergence velocity of RLS algorithm is also higher than LMS algorithm when the communication users change.RLS algorithm has better ability in multi-user detection than that of LMS algorithm,and it has great attraction and guiding significance for solving the problem of multiple access interference(MAI) in multi-user communication.     

基于多目标非支配解提取法的电力系统无功优化

针对传统的电力系统多目标粒子群优化算法采用权重系数法将多目标转化为单目标,从而忽视了各目标函数间的竞争关系这一问题,提出将非支配解提取法运用到电力系统多目标无功优化中,并设定了一套提取规则,以电力系统中的有功网损、电压偏差和电压稳定裕度为目标,使目标在充分竞争的情况下得出Pareto最优解,利用IEEE-14节点系统对多目标非支配解提取法的电力系统无功优化进行了仿真测试。研究结果表明,该算法一次运行可以得出多组非支配解,既有偏向单个目标的解也有兼顾所有目标的解,克服了权重系数法的盲目性和单一性,可使电力决策者根据实际问题选择最优解,具有较好的灵活性与多样性。     

Robust Impedance Control of Robots Using an Adaptive Interaction Force Observer

For robot interaction control,the interaction force between the robot and the manipulated object or environment should be monitored.Impedance control is a type ...     

Research on key techniques of expendable conductivity temperature depth measuring system

This paper analysis the developing of expendable conductivity temperature depth measuring system(XCTD)and introduce its principle of measuring about temperature,salinity and depth of ocean.Some key techniques are put forward.According to the real needs of XCTD,conductivity sensor with high sensitivity is designed by principle of electromagnetic induce,the ocean conductivity from induced electromotive force has been calculated.Adding temperature correction circuit would help to reduce error of conductivity measurement because of sharply changing temperature.Advanced temperature measuring circuit of high precision and the constant current source is used to weaken effect of self-heating of resistance and fluctuation of the source.On respect of remote data transmission,LVDS is a good choice for the purpose of guarantee the quality of data transmitted and the transmission distance is reaching to thousand meters in the seawater.Modular programming method is also brought into this research aimed at improve the stability,reliability and maintainability of the whole measuring system.In February,2015,the trials in South China Sea demonstrate that the developed XCTD realize effective measurement at a speed of 6 knots and detection depth at 800 m.The consistency coefficient of the acquired data is greater than 0.99 and the success rate of probe launching is above 90%.