基于盲辨识模型和极限学习机的下肢假肢路况识别

针对大腿截肢者穿戴智能假肢路况识别准确率低的问题,提出了一种盲辨识理论和极限学习机相结合的路况识别方法。选择肌电信号(EMG)作为路况识别信息源,提取肌电信号的盲辨识模型系数作为信号特征,为了能够充分反映路况特征,比较了不同特征值,分析了选取盲辨识模型系数作为路况识别特征值的合理性。为了克服极限学习机(ELM)分类器随机产生的输入权值只有少部分是比较优越的缺点,利用烟花极限学习机(FA-ELM)对平地行走、上楼、下楼、上坡、下坡、跑步6种路况进行分类。与ELM算法、BP神经网络进行了对比,结果表明,采用盲辨识模型和烟花算法进化极限学习机将6种路况下平均识别率提高到93.18%,优于ELM和BP神经网络等方法。     

特别策划《智能假肢膝关节的研发要点及其研究进展综述》

正《智能假肢膝关节的研发要点及其研究进展综述》序言智能假肢融合了先进的智能控制技术、传感器技术、计算机技术、机械设计与制造技术、新材料技术与康复工程技术,是现代科技发展的综合成果之一。我国有近160万因地震、车祸、工伤等原因导致的下肢截肢者,先进的假肢膝关节可以有效地恢复其运动功能,相关的研究具有重要的社会意义和经济价值。本文在介绍国内外智能假肢膝关节研究主要进展的基础上,从假肢膝关节的结构与调控方式、假肢穿戴者的运动意图识别、驱动控制、人机协调控制等方面做了分析介绍,明确了假肢膝关节在智能化研究与安全性、个性化与通用性、人机共融、科学伦理、关键技术等方面需要注意的问题,归纳了其中的研发要点和技术思路,总结了 "以人为本"、技术方法和科学伦理并重、医工结合与多学科交叉融合的研究方法。     

智能假肢膝关节的研发要点及其研究进展综述

目的 介绍国内外智能假肢膝关节研究的主要进展,为相关领域的研发提供可借鉴的思路.方法 基于机械结构、调控方式、驱动方式,对典型假肢膝关节进行了分类比较,并从假肢穿戴者的运动意图识别、驱动控制、人机协调控制等方面做了分析.此外,对假肢膝关节在智能化研究与安全性、个性化与通用性、人机共融技术、科学伦理、关键技术等方面需要注意的问题,提出了研发要点和技术思路.结论 智能假肢膝关节应注重安全性与稳定性,规避用户在使用过程中的潜在危险因素;实现假肢控制参数的自整定和灵活适配,在个性化与通用性上达到平衡;综合考虑人—机—环境因素,实现协调控制;坚持"以人为本",在技术方法和科学伦理两个方面开展医工结合的研究;突破关键技术限制,建立完善的社会医疗康复保障服务体系.     

基于智能可穿戴设备的Human Shaker结构动力测试方法

已建结构的动力测试是了解其实际动力性能、提升建模和计算分析精度、检测结构损伤情况的重要手段。提出了Human Shaker(HS)的方法,利用人的行走、跳跃和摆动等运动实现对结构的激振,由智能可穿戴设备得到激振荷载和结构响应,并由此识别结构的模态参数。首先建立了由特征点加速度重构人致激振荷载的方法,以及利用可穿戴设备的HS应用步骤,进而以横向摆动为例通过实验确定了特征点位置及其对应的质量参与修正系数。最后将HS技术应用于某实际结构的动力测试和模态参数识别,结果表明,HS技术可以方便快捷地用于中小型结构的模态测试。     

非接触式结构动力特性识别方法及试验验证

针对传统结构振动监测中存在的弊端,比如传感器和线缆布设困难、干扰交通等,提出了一种基于机器视觉技术的非接触式结构动力特性识别方法。发展了基于模板匹配算法的多点结构动态位移计算方法,利用多点结构位移时程信号识别结构动力特性。制作模拟桥塔的钢竖杆并安装LED灯和加速度传感器,同时采用机器视觉位移测量系统和加速度测量系统进行振动监测及动力特性识别比较研究,试验结果表明本文方法和加速度测量方法计算得到的结构动力指标相当吻合,验证了该方法在结构动力特性识别方面的可行性。     

哈尔滨四方台斜拉桥模态参数和索力识别

桥梁的模态参数是修正有限元模型、识别损伤及桥梁状态评估的重要参数。动力测试是获得模态参数的必要途径。建立了哈尔滨四方台大桥的有限元模型;利用8个力平衡加速度传感器采用分组测试的方式测试了桥面加速度,利用压电传感器测试了斜拉索的加速度;联合NExT法和ERA法进行了斜拉桥模态参数识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析;采用拉索基频的频差拟合识别法进行频率及索力识别,并进行了实测索力与设计索力的对比分析     

基于灵敏度的平板结构多类型传感器优化布置

多类型传感器信息融合的损伤诊断是结构健康监测领域的一个热点方向,并且基于多种类型传感器信息融合的损伤识别技术必然依赖于考虑多传感器信息互补的传感器优化布置技术。因此,该文以灵敏度分析为理论基础,以结构损伤识别为目标,对于监测平板结构的加速度传感器、光纤光栅(FBG)应变传感器以及压电陶瓷(PZT)传感器三种类型传感器的位置与数目进行优化。分别考虑环境噪声、边界效应等因素,用灵敏度计算比较不同类型传感器(包括加速度传感器、FBG应变传感器和PZT传感器)达到相同损伤识别效果所需数目,分析各类型传感器对结构损伤敏感的布置位置,并研究能达到识别结构任意位置一定程度损伤所需多类型传感器总和最小的数目。最后,进行平板结构模型仿真分析,验证该方法有效性和可靠性。     

柔性可穿戴传感器发展现状

<正>一、引言随着信息技术的不断进步,人们对发展高性能柔性传感器的需求也在不断增加。人们希望传感器件可以舒适地穿戴在身上,或者直接贴附在皮肤表面,从而能够获得血压、血糖、脉搏等一系列健康信息,并将这些信息收集到智能设备中,经过分析和提取,帮助医生进行诊断,使未来的人类生活更具想象空间~([1-3])。此外,通过在人类假肢或机器人上贴附相应柔性传感器及传感系统,实现对外界环境的感知,获得多自由度的超     

苏州纳米所研发新型可穿戴离子型无源力学传感器取得新进展

正随着可穿戴设备的爆发式发展,与其密切联系的可穿戴传感技术也迅速发展。目前研究较多的柔性力学传感器主要为电阻型和电容型,它们不易检测出不同方向的力学变形,不利于复杂多维运动的监测。日前,中科院苏州纳米所陈韦研究团队发展了基于离子压电效应的可穿戴离子型无源力学传感器,并且实现了对于人体多尺度多维活动的实时监测。相关成果发布于《微尺度》。这种离子型传感器以贵金属材料或者石墨烯材料作为电极材料,以离子液体作为电解质。在受到力学形变作用     

基于信息融合方法的切削颤振状态识别技术

讨论了切削颤振状态识别的信息融合方法．分别给出了基于基本概率分配函数和基于证据区间值的颤振状态识别方法。试验中，在同一个测量区内使用了功率传感器和加速度传感器，利用Dempster—Shafer证据论方法对两种传感器信息进行了分析融合。试验与理论分析表明：经过信息融合得到的基本概率分配函数可以作为一种颤振状态识别参数。如果同时考虑证据区间P1(A)-Bel(A)值进行识别会减小识别的不确定性．提高颤振状态识别的精度。     

ITO纳米晶-植物纤维复合材料的电阻式压力传感器（英文）

可穿戴电子设备因其在机器人触觉、人机交互和脉搏测试等领域具有潜在应用而引起广泛关注.作为一种可穿戴电子设备,柔性压力传感器应该是环保的,而且制造成本低.基于纤维素纸的压力传感器由于其优良的特性,如轻质、无毒或低毒、可降解性和柔韧性,而引起了人们的关注.在此,我们报道了一种基于铟锡氧化物(ITO)纳米晶体和植物纤维复合材料的电阻式触觉传感器.该压力传感器具有宽的检测范围(0-100 kPa)、高灵敏度(464.88 kPa^-1)、快速的响应时间(6.93 ms)和恢复时间(7.18 ms)以及良好的加载/卸载稳定性.我们还展示了该压力传感器用于脉搏测试、呼吸监测、语音识别等各种人体运动检测.结果表明,ITO纳米晶-植物纤维复合材料压力传感器在智能可穿戴电子产品中显示出巨大应用潜力.     

未知地震激励下结构恢复力及质量非参数化识别

地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。首先,根据部分已知动力响应测量和质量信息,识别地震加速度时程。随后,利用记忆衰退全局加权迭代扩展卡尔曼滤波算法,引入幂级数多项式表征结构恢复力,实现了结构质量与非线性恢复力的非参数化识别。将具有非线性恢复力的磁流变阻尼器中引入到一个剪切型多自由度结构构成非线性系统,考虑测量噪声的影响,通过数值模拟验证了在噪声及较大质量初始误差情况下该方法识别结构质量、非线性恢复力及地震动加速度时程的识别效果。     

用于多模式人体体征信号采集人机界面的可回收水凝胶（英文）

离子导电水凝胶由于其在生物相容性、导电性和灵活性方面的独特优势,已成为可穿戴式人体运动检测传感器的最有希望的替代品之一.然而,目前的水凝胶电子器件仍然面临着不可重复使用性和单一信号检测功能的限制.在此,我们通过模拟生物体的网络结构和离子传导机制,制备了基于聚乙烯醇、海藻酸纤维和胶原蛋白的离子导电水凝胶,用于人体运动和电生理信号的双模式信号采集.通过海藻酸纤维和胶原蛋白的协同调节,水凝胶表现出类似皮肤的机械性能,具有低模量、高韧性和抗疲劳性,从而可以最大限度地提高水凝胶可穿戴传感器的穿着舒适度和运动检测能力.此外,具有与生物体相似离子传输行为的水凝胶导体可以用作表皮电极,收集包含重要人体生理信息的表皮电位.通过对可穿戴设备的合理设计和组装,水凝胶不仅可以连续、准确地识别全身运动信号,还可以采集肌电图、心电图等不同电生理信号.值得注意的是,这种基于非共价交联结构的水凝胶是完全可回收的,可以任意重组为新的电子器件,同时保持原有功能,提高水凝胶的可重复使用性,减少电子浪费.     

基于金属织物和自然摩擦带电的电子皮肤对人体运动的智能识别（英文）

目前已开发出各种基于电子或光学信号的技术来感知身体运动,这在医疗保健、康复和人机交互等领域至关重要.然而,这些信号都是从身体外部获取的.本研究中,我们制备了一种电子皮肤(e-skin)人体运动传感器,它利用有机聚合物和金属织物的组合,通过人体的自然电荷感应(EI)来检测运动.该电子皮肤可获得高达450 V的人体电势信号.此外,该信号可通过最先进的深度学习技术自动提取和训练.该传感器能准确识别睡眠活动,准确率约为96.55%.这种可穿戴运动传感器可以与物联网技术无缝集成,实现多功能应用,展示了其在人类活动识别和人工智能方面的潜在用途.     

基于视觉和振动监测数据融合的结构动态位移识别及其试验验证

结构变形的动态测量与精准识别对于结构健康监测和性态评估具有重要意义。传统接触式位移监测需要在结构上布置传感器并设置相对独立稳定的位移参考系，考虑真实结构的复杂性，接触式测量和稳定参考系的做法限制了结构位移动力监测的工程应用。基于计算机视觉的结构位移监测方法具有非接触式测量、设备安装简单、成本相对低廉等优点，但现有的识别与追踪方法受限于光照条件、图像分辨率、拍摄帧率等因素，一定程度上限制了视觉方法的工程应用。针对加速度传感器在结构监测领域的广泛应用及其动态采样率高的优势，该文提出在数据层面融合“接触式加速度监测、非接触式位移识别”的概念，构建了结构关键位移响应的精准估计方法。通过一个1/2比例钢筋混凝土框架结构振动台试验，对提出的结构位移估计方法进行了动力试验验证。研究结果表明：对比单一视觉识别方法，该数据融合方法有效提高位移采样率，同时获得更丰富的结构宽频带振动响应与模态特征信息。     

基于聚丙烯酰胺有机凝胶的柔性可变色应变传感器

柔性应变传感器在可穿戴医疗设备、电子皮肤等领域具有广泛的应用前景,然而传统柔性应变传感器只能输出电信号,缺乏对应力应变的直接可视化响应,限制了其在应力预警、健康监测等方面的应用。本文以柔性透明银纳米线(Silver nanowire,AgNW)/硅橡胶薄膜为电极,以浸渍有机电致变色染料和锂离子的聚丙烯酰胺有机凝胶(Polyacrylamide,PAAm)为变色单元,成功制备了一种具有三明治结构的柔性可变色应变传感器。研究结果表明,该PAAm传感器具有优异的拉伸和压缩回弹性及中等应变响应性能(响应灵敏度为0.7),此外它可在外力作用下产生颜色变化,实现对应变的可视化响应。该传感器在交互式可穿戴设备、电子皮肤、防伪、人工假肢和智能机器人等方面具有广阔的应用前景。     

基于视触觉功能替代的穿戴式触觉导盲技术研究

针对视障人群的自主行走课题进行了研究,研制了基于视触觉功能替代的穿戴式触觉导盲装置。该装置通过导盲眼镜上的迷你光学摄像头采集周围环境的视觉图像信息,视觉图像经二值化处理后转换为触觉图像。借助触觉显示器,视障操作者能够在其胸前的虚拟显示平面上以主动触觉方式感知该图像,从而实现对周围环境信息的触觉感知。原理性实验表明该装置能够有效帮助视障者感知路况和识别环境目标,实现自主行走。     

亚麻织物衍生碳基柔性可穿戴应变传感器（英文）

柔性可穿戴应变传感器对于发展人工智能、人体运动参数监测以及精准远程医疗均具有重要的辅助作用,碳基材料由于具有良好的导电性和机械性能是可穿戴应变传感器的理想备选材料。本工作以亚麻织物高温炭化产物为基体,通过表面修饰策略,将亚麻织物衍生炭与二维石墨烯、一维银纳米线有机融合,制备得到了复合型柔性可穿戴应变传感器。该应变传感器性能优良,应变工作范围大(60%),灵敏度高(应变范围为0～20%、20%～40%、40%～60%对应的应变系数分别为11.2、36.8、74.5),测量稳定性好,成功用于人体关节运动的检测(手腕、肘部、膝盖),具有潜在的应用前景。本工作对于高性能柔性可穿戴复合型应变传感器的创制提供了新思路。     

计量(测量)系统中获取信号的传感器

计量(测量)系统是指组装起来以进行特定测量的全套计量(测量)仪器和其他设备。传感器在计量系统中的作用是将各种非电量信号转换成电信号,实现系统对测量对象的识别,因此,传感器是计量系统的主要信息来源,其性能决定了计量系统的计量(测量)性能。一、传感器的工作机理传感器的工作机理基于各种物理、化学和生物效应,并受相应的定律或法则支配。传感器工作的基本定律主要有以下四种:1.守恒定律:包括能量、质量、力、动量、加速度、电荷量等守恒定律。2.场的定律:包括动力场的运动定律、电磁场的感应定律等,其作用与物体在空间的位置及分布状…     

基于静电纺纳米纤维的柔性可穿戴压力传感器的研究进展EI北大核心

柔性可穿戴压力传感器具有舒适性高、可编织性强以及可模仿人类皮肤对外界刺激做出敏锐的感知和响应等独特性能,可作为人工电子皮肤被广泛应用于医疗检测、疾病诊断、人体运动跟踪以及健康监测等领域。近年来,基于柔性可穿戴压力传感器的设计、构筑、性能探究和开发受到研究者的广泛关注。利用静电纺丝法制得的纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、易于功能化改性等优点,使其在柔性传感器构筑领域展现出极大的应用潜力。基于此,本文对静电纺纳米纤维在柔性可穿戴压力传感器方面的研究及进展进行了综述。简要介绍了可穿戴压力传感器的特点,阐述了静电纺丝技术及静电纺纳米纤维在制备柔性可穿戴压力传感器方面的优势,重点讨论了基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器在不同领域的研究应用,最后对低成本制造具有高分辨率、高灵敏度、精确的响应性的基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器研究做了总结和展望。