智能肌电控制假手研究进展

智能肌电假手研究作为康复医疗领域中的重要研究内容,始终是国内外研究的热点.随着机器人技术的进步,假手正往仿人型、灵巧性、直觉控制、智能感知方向发展.智能肌电假手应当具有与人手相近的功能,其不仅能通过运动功能重建辅助残疾人进行日常生活,而且还应通过感知反馈功能重建让残疾人产生人机共融的本体感.本文通过对国内外多年的肌电假手研究成果进行分析比较,从质量、灵巧程度、抓取性能、设计原理等多角度分析了假手的机械结构设计要素;另外,本文还较系统地对基于肌电信号的手势识别研究现状进行概述,介绍了目前基于残肢生物信号识别的多种研究思路,并分析了多种基于不同原理的假手信息感知技术,介绍了利用指尖力触觉传感器实现对假手的自适应控制和用户的感知反馈.最后总结了未来假手的研究发展过程中面临的问题与挑战,提出了肌电假手的未来研究方向.     

应用于假手的肌电信号分类方法研究

高效、准确的肌电信号分类方法是实现高仿生性肌电假手控制的关键技术之一.本文对肌电假手常用的信号分类方法进行了系统研究,阐述了目前常用的七种方法的基本原理和研究现状.重点分析了基于神经网络和支持向量机的肌电信号分类方法,分别从网络类型、所采用的信号特征、识别准确率等方面对分类结果进行了比较.最后,对各种方法的优缺点及适应...     

高压交联电缆局放传播特性分析及试验研究

局部放电信号在高压交联电缆中的衰减传播规律是实现局部放电精确测量与放电源定位的重要理论基础之一.首先对局部放电信号沿电缆传播特性展开分析,并分别采用35、110、220kV高压交联电缆构建了局部放电脉冲注与测量系统,对高压交联电缆局部放电脉冲传播特性进行了试验研究与分析,通过计算分析比较了不同频率的脉冲信号在电缆中的传播和衰减系数.结果表明,电缆对局放脉冲有显著的高频衰减效应,沿电缆传播的陡上升沿脉冲信号会随传播距离的增长而严重衰减;同时,半导电层对局放信号具有明显的衰减作用,在高压电缆局放精确测量与定位中即便采用分布式传感器就近采集信号也仍需对局放信号做出衰减补偿.     

基于峭度和时域能量的局放脉冲提取算法

提出了一种针对电力电缆局部放电脉冲的提取方法,首先根据信号峭度的变化定位局部放电脉冲峰值所在位置,然后根据信号能量的变化采用滑动能量搜索的方法以局部放电脉冲峰值为中心向两边计算搜索局放脉冲的边沿,从背景噪声中准确提取局放脉冲信号。该方法可以将局部放电检测信号中纯噪声信号部分与包含局部放电脉冲信号的部分区分开来,且不受局部放电脉冲个数和脉冲所在位置的限制,并具有步骤简洁、计算量小的特点。通过与小波阈值去噪、经验模态分解（EMD）两种主流电力电缆局部放电脉冲提取方法的仿真实验对比和实际实验对比,验证了该方法的有效性与准确性。     

多抓取模式下人手握力的肌电回归方法

为实现假手抓取物体时的力控制,采用支持向量机回归算法从多通道肌电信号中实时萃取握力信息.利用6通道表面肌肤电极采集人体前臂肌电信号,采用一枚6维力传感器记录人手施力信息,讨论了随意捏取以及3种规范化捏取模式下两者的回归精度,并进行了跨期次精度验证及多方法比较实验.结果表明,采用支持向量机方法能够获得较好的跨期次回归性能:随意捏模式均方误差(6.31±1.20)N,相关系数平方0.85±0.05;规范化模式均方误差(5.04±0.67)N,相关系数平方0.90±0.03.结合模式分类算法,在线握力回归误差可达5 N左右,误差率在10%以内.     

基于EMG的假手实时力跟踪控制

针对商业假手灵活性及智能化水平较低的问题,进行了具有力矩/位置感知的五指假手及其控制方法的研究.以人体前臂肌电信号（EMG）为控制源,以力传感器检测指尖法向力,通过SVR支持向量机（Support Vector Regression,SVR）构建了指尖力的预测模型;采用网格搜索法确定模型的参数,缩短了训练时间,提高了模型的泛化能力.通过在线预测,结合带有二阶微分跟踪器的模糊PID控制方法实现了指尖施力实时跟踪;速度快,超调小,鲁棒性强,提高了假手的控制水平.     

电火花加工放电脉冲状态的实时检测与控制

电火花加工放电脉冲由有效放电脉冲和非有效脉冲等多种状态的脉冲组成,其中有效放电脉冲所占比例决定加工的质量和速度.在实验研究的基础上,分析了各种放电脉冲状态发生的概率以及影响脉冲放电状态的因素,提出了通过检蚀交替脉冲方式来提高有效放电脉冲的概率,并改善电加工效率和质量的加工方法.阐述了检蚀交替脉冲控制方式的电路组成和工作原理.     

基于Chirp压缩脉冲的CUWB无线电波形设计

为了提高认知超宽带（CUWB）无线电系统的频谱利用率,首先基于Chirp压缩脉冲波形和Hermite矩阵特征向量分解得到正交的基脉冲,然后在对基脉冲的带宽、中心频率等性能参数比较分析的基础上,运用迭代算法将若干个正交脉冲信号进行线性叠加,即可获得认知超宽带无线电的成形脉冲.仿真结果表明,由此产生的组合脉冲信号不仅满足FCC对UWB无线电脉冲信号的辐射功率要求,而且其频谱利用率也较高.同时,该脉冲信号波形具有较好的自适应性,能有效地抑制对其他窄带系统的干扰.     

三自由度仿人型假手及其肌电控制策略

为了弥补当前商用单自由度假手康复功能的局限性,基于欠驱动原理设计了一种新型的三自由度仿人型假手.采用3枚电机分别驱动假手的拇指、食指以及其余三指,完成了15个活动关节在抓取物体时的调控.基于假手自由度的配置,采用支撑向量机方法,讨论了人手共19种姿态肌电模式的识别,并将其应用于假手的实时控制.实验结果表明,基于肌电信号能以较高成功率识别人手部的多种姿态,并可以直接应用至假手的动作控制,体现了较高的灵活性.     

颜色感觉生理反应的原理与检测

在论述颜色感觉的形成过程以及所引起的生理反应的基础上，探讨了检测由颜色刺激诱发的脑电波动这种生理反应的方法。通过在NDI－200神经电检测仪上外接计算机，用Visual Basic程序控制颜色图象显示，保证了诱发脑波的测试，为颜色感觉的研究提供了有效的工具。     

用于临场感系统的机器人电触觉反馈手套

阐述了应用于临场感灵巧机器人的新型电触觉反馈手套的设计 ,讨论了手指的灵敏度和电刺激脉冲的关系 ,电刺激脉冲的频率、占空比和幅值决定手指的灵敏度 ,分析了电极的材料、尺寸、放置位置和形状对手指灵敏度的影响 .设计了一套触觉临场感系统进行实验 ,实验表明戴有电触觉反馈手套可以控制灵巧机器人手并能识别和分类 3种物体     

Entirety transformation mechanism and topological-type synthesis for heavy-duty gripping devices

Force closure and stability problems exist in heavy gripping devices. Based on a typical gripping device for forging operations, the workpiece and the gripping device are innovatively considered as a single mechanism in this paper, and its global topological configuration is obtained. The changing element method is used to establish the optimized topology geometry of the gripping device by decreasing the degrees of freedom of the gripping mechanism and improving the force closure performance. Therefore, a new idea for the innovative design of heavy-duty forging gripping devices is provided. As the effect of revolute joint friction on loading capacity of the gripping device cannot be ignored, a unified mechanical equation including friction in terms of the topological adjacency matrix is established to analyze the force closure performance and calculate the loading capacity. The conclusions are provided by experiments.

     

相背夹持两点接触应力场特殊位置的极值应力

点接触夹持是最常见的夹持形式,也是研究线接触与面接触夹持的基础。点接触可以用集中力模型来模拟,在极限状态下点接触产生的摩擦力与法向集中力通过材料的摩擦系数相关联。摩擦力与法向集中力符合库仑摩擦定律。弹性理论中已经给出了半无限体受二维集中力作用模型应力场的公式,借助这些公式可以对点接触的夹持进行应力分析。当然,点接触可以分为相向夹持与相背夹持,相向夹持的情况已经讨论过[1]。本文对摩擦极限状态情况下相背夹持两点接触应力场的分布进行分析,并给出若干特殊线、点的极值应力的大小和主方向。     

同向夹持两点接触应力场特殊位置的极值应力

夹持是一种依靠摩擦力工作的约束形式。法向力自身平衡,摩擦力与外力平衡。点接触夹持是最常见的夹持形式,也是研究线接触与面接触夹持的基础。点接触可以用集中力模型来模拟,在极限状态下点接触产生的摩擦力与法向集中力通过材料的摩擦系数相关联。摩擦力与法向集中力符合库仑摩擦定律。弹性理论中已经给出了半无限体受二维集中力作用模型应力场的公式,借助这些公式可以对点接触的夹持进行应力分析。本文从一点接触应力场的分布规律开始,对在摩擦极限状态情况下同向夹持两点接触应力场的分布进行了分析。并给出了若干特殊线、点的极值应力的大小和主方向。     

建筑用碳纤维筋预应力锚具的研究

目前建筑用碳纤维筋预应力锚具主要有机械夹持锚具和粘结型锚具两大类,但各有优缺点.在实际工程应用较多的机械夹持锚具有着容易安装,现场使用方便等特点,但这种锚具由于夹片的夹持力过大,造成碳纤维筋本身的局部破坏及纤维筋剪切失效.本文研究主要通过对机械夹持锚具结构的改进,提出一种新型锚具的设计,实现减小锚固部分碳纤维筋的应力集中和安装锚具时因位置偏差带来的附加剪切力,从而减轻碳纤维筋的局部破坏及纤维筋剪切失效.     

基于肤色识别的人机交互方法在游戏中的应用研究

利用计算机视觉技术实现游戏人机交互来提高游戏的娱乐性,是当前国内外应用研究的热点。文中提出了采用肤色检测技术应用于游戏交互的方法。通过摄像头对肤色进行采样,再利用统计方法对皮肤颜色进行分析建立肤色模型;采用背景差分阈值分割法和Camshift算法进行手势跟踪监测,获取手的位置;将手的位置作为信号传递给游戏角色,从而控制游戏。在VC＋＋6.0下,使用OpenCV和OpenGL开源库,构建了普通摄像头视觉游戏实验平台,通过手势的运动轨迹控制粒子系统喷射方向。实验结果表明,通过肤色进行手势跟踪监测,进而控制游戏角色运动,具有很好的实时性和交互性。     

紫外线处理胶辊物理性能变化的探讨

对紫外线处理胶辊表面的动摩擦系数、硬度、冲击弹性和静态握持力进行了测试.通过讨论这些指标处理前后和不同方法下的变化情况,得出光照处理胶辊后表面性能的一系列变化与纺纱质量的关系.     

地电异常信号的频域分析

以北京工业大学地震研究所南北方向地电脉冲仪接收到的典型地电异常信号为研究对象．应用傅里叶和小波分析理论对两种地电异常信号进行频域分析,找出地电信号的频域特性及频率范围．根据分析结果可知上述地电异常信号属有用的地波信号．     

绝缘材料电火花加工机理探讨

采用辅助电极法，对绝缘性陶瓷材料SbN4的电火花加工进行了实验研究。指出了正常脉冲放电实现除去材料加工，长脉冲放电生成导电膜，正常脉冲放电和长脉冲放电的交替，使电火花加工在去除材料加工和生成导电膜的交替中不断进行，最终使工件成形的绝缘材料电火花加工机理。得出了单位加工时间内正常脉冲比例越大，加工速度越快；单位加工时间内长脉冲比例越大，生成导电膜厚度越厚的结论。     

基于人手指力学特性的虚拟手接触力生成

为了增强虚拟手交互的真实性和沉浸感,提出了一种考虑人手指力学特性的虚拟手接触力生成方法.通过分析虚拟环境中几种重要的接触力生成算法,结合人手的感知特性,构建了人手指接触力测量平台,研究了手指接触力和接触面积之间的关系,提炼出以接触面积为变量的指尖接触力的力学模型.仿生手的生理组织构造,分层建立虚拟手指的几何模型和运动模型,提出了虚拟手指接触面积的求解算法.实验结果表明,采用该虚拟手交互接触力生成算法,当虚拟手指触摸虚拟物体时,用户可感受到逼真的接触力觉.