基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法

现有机器人辅助抗阻训练方法大多是运用易受噪声干扰的患肢主动作用力或表面肌电信号直接进行治疗控制器设计,且在设计过程中未能同时将机器人连续变量运动控制与医师离散事件决策控制这种混杂特性融于统一框架内,具有一定的局限。针对上述问题,提出一种基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法,该方法首先根据患肢主动作用力和实际运动位置在线辨识患肢时变生物阻抗;其次,运用混杂控制理论建立机器人辅助抗阻过程系统模型,根据患肢生物阻抗变化分别定义连续系统区域切换离散事件及离散系统控制状态,并基于混杂自动机设计离散事件决策控制器;最后,选用美国Barrett公司WAMTM柔顺机械臂构建康复试验系统,对所设计控制器进行有效性验证。试验结果验证了阻抗辨识和混杂控制理论应用于机器人辅助抗阻训练过程的有效性和实用性。     

基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究

机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分,并对其关键模块的具体作用进行了介绍;其次,归纳分析了各类虚拟现实环境建模方法,主要从几何建模和动力学建模方面展开,阐述了每种方法的应用领域、主要特点;此外,进一步分析了遥操作虚拟夹具设计的构建方法及适用领域。最后对当前存在的难点进行总结,指出今后研究的思路。     

用于触摸屏图像感知的指端力触觉再现系统

当用户与触摸屏交互时,有效和实时的力触觉交互技术对于增强现实感和沉浸感是非常重要的。设计了一种面向触摸屏图像信息感知的手指外骨架可穿戴式力触觉交互装置,利用平面四连杆机构作为外骨架传动机构,结合直流电机作为执行机构可为用户手部提供连续可控的力觉反馈,通过振动电机和压电陶瓷致动器提供两种类型的振动触觉反馈。该装置体积小、重量轻,功耗小,使用蓝牙通信,可扩展性强,方便使用及携带。为了表达图像中虚拟物体的空间力触觉信息,引入了实时的力触觉建模算法。当用户穿戴该装置在图像上滑动时,图像的一些特征信息将通过蓝牙与装置通信,包括每个像素点的形状高度和图像的边缘轮廓信息,能够使用户获得丰富的力触觉感受。最后,进行力触觉交互实验来评估该装置在表达触摸屏中图像的高度、轮廓和纹理等方面的性能。     

一种可穿戴指间角度测量系统设计

针对人机交互的需求提出了一种可穿戴的指间角度测量系统。 首先,基于弹簧片和应变片设计了可穿戴的指间角度传 感器及其便携式测量电路,对指间角度的测量原理和传感器的测量电路进行了详细分析。 其次,基于 LabVIEW 开发了测量系 统的上位机软件,对指间角度传感器的数据进行滤波和角度解算,并采用图片分割旋转的方法实现了指间角度的可视化动态显 示。 最后,为验证系统的有效性进行了实验,结果表明,在 0 ~ 30° 测量范围内,设计的指间角度传感器的非线性误差为 2. 38%FS,迟滞误差为 1. 94%FS,重复性误差为 5. 29%FS,总精度为 6. 11%FS。     

时延遥操作的主端命令预测波控制

在传统的波控制器的基础上,用线性两点预测与五点二次预测凸联合的方法对主端的命令与反馈力进行在线预测。仿真结果表明,只要对时延的辨识足够精确,该方法能够在保证系统稳定的前提下一定程度上提高系统的操作性能。     

基于多DSP的混合式结构自主移动机器人设计

分析了自主移动机器人的功能需求,提出了一种以TMS320F2812、TMS320DM642、TMS320VC5510为微处理器的混合式结构自主移动机器人设计方案。同时对多DSP间高速通信方案进行了探讨,对各处理器在系统中的功能和任务进行了分析。     

基于触觉反馈和表面肌电信号的随机时延夹持器遥操作方法

提出了一种基于触觉和表面肌电信号的夹持器抓取力控制遥操作方法.在控制过程中,采用了基于非时间参考的遥操作方法用于消除随机时延对系统稳定性的影响.使用了表面肌电信号作为遥操作控制信号来改善操作者的操控体验.另外,还使用了基于粒子群优化的支持向量回归模型和模糊控制器.实验结果证明,此方法对操作员的用力估计误差约为8.45%,平均跟踪误差约0.6N,可以让操作者更加稳定有效地调节夹持器的夹持力大小.     

基于小波包变换和聚类分析的脑电信号识别方法

为了实现脑-计算机接口(brain-computer interface,BCI)系统,对大脑C3,C4处采集的二路运动想象脑电信号的特征进行了提取和分类.在分析小波包频带划分特点的基础上,利用小波包能量进行特征提取并使用基于马氏距离的线性判别分析进行了左右手运动想象模式分类,结果表明该方法提取的特征向量较好的反映了运动想象脑电信号的事件相关去同步(event-related desynchronization,ERD)和事件相关同步(event-related synchronization,ERS)的变化时程.另外,该方法识别率高,适合脑-计算机接口的应用.     

超声电机驱动的二轴机械臂控制系统

超声电机相对于传统的电磁驱动电机具有低速大转矩、无电磁干扰、响应快、无输入自锁、可直接驱动负载等许多优点,更能适应工业机器人机械臂的控制灵敏、体积小、定位精度高等控制要求.笔者针对基于超声电机的二轴机械臂的定位控制系统制作了硬件驱动电路和控制软件,并通过实验证明了该硬件驱动电路和控制软件的有效性,实现了超声电机驱动的二轴机械臂的快速、精确定位控制.     

基于小波包模糊推理的上肢康复机器人智能专家系统

针对目前上肢运动训练康复机器人缺少对患肢训练模式智能处方诊断的现状,提出了全新的基于小波包模糊推理的上肢康复机器人智能专家系统诊断方法.该方法在智能专家诊断过程中首先根据患肢在水平和垂直方向上的被动运动位置跟踪误差,通过小波包分解提取患肢运动性能特征,然后根据两个方向上的运动性能特征值并运用专家知识,通过模糊逻辑推理诊断该患肢适合的康复运动训练类型.临床实验结果表明,该方法能够较准确地实现不同病情患肢的运动训练模式处方诊断,有助于提高康复机器人的临床智能化水平.