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.     

面向机器人轮椅交互控制的头姿估计改进方法

针对现有最近点迭代头姿算法存在迭代次数偏多且易陷于局部最优、随机森林头姿算法准确性和稳定性不高的问题,面向机器人轮椅交互控制,提出一种基于随机森林与最近点迭代算法融合的头姿估计改进方法。该方法首先对带有背景、噪声及孔洞的原始点云数据进行预处理,得到头部有效三维点云;其次,在分析传统最近点迭代算法基础上,研究头姿估计过程中的权重序列计算方法,提高了系统实时性;最后,基于随机森林算法估计头部粗略姿态,并将其作为最近点迭代算法初值,进一步迭代头姿实时点云,精炼实时头姿。实验结果表明,改进后的头姿估计方法较传统最近点迭代算法减少了迭代次数且避免了陷于局部最优,准确性及稳定性优于传统随机森林算法。     

基于时间Petri网和THBA的3D NoC测试规划

针对三维片上网络(3D NoC)中IP核并行测试任务复杂、测试效率较低的问题,结合3D NoC测试的特点建立了一种时间Petri网模型,将变迁激发序列作为并行测试任务规划方案。为了获得最短的测试时间,设计拆分编码,在测试路径分配基础上进行顺序调度优化,采用两级递阶蝙蝠算法对变迁激发序列集进行搜索,将测试资源合理有效的分配给各IP核。仿真结果表明,所提模型可以有效地描述3D NoC测试规划问题,算法能够以较大的收敛概率迅速收敛到最优解,缩短了测试时间,提高了测试效率。     

带有双手力觉反馈的人机交互系统设计

力觉反馈可以在人机交互的过程中营造出沉浸感,而双手可以实现比单手更为复杂、精细的操作。因此,设计了一种带有双手力觉反馈的人机交互系统。该系统使用两个多自由度力觉反馈装置捕捉、跟踪操作人员手部位置并提供力反馈。系统实验结果表明,该系统可在500 mm×500 mm×420 mm工作空间内精确跟踪双手位置,跟踪误差小于0.8 mm,并可提供高达20 N的反馈力和0.4 N·m的反馈力矩。通过应用实例验证了系统的有效性。实例任务结果表明,带有双手力觉反馈的任务完成时间大大短于单手力觉反馈和无力觉反馈的任务完成时间。     

基于SFS技术的纹理力触觉再现方法研究

虚拟现实技术中,纹理的力触觉表达通常需要提取纹理表面的高度轮廓特征,从而再现纹理的凹凸感,而图像纹理则反映的是纹理表面的二维灰度特征.提出了一种根据图像灰度信息恢复表面三维轮廓(shape from shading,SFS),并用于纹理的力触觉表达的方法.采用Tsai & Shah算法从二维纹理图像中恢复出表面三维微观形状,并用力触觉模型渲染.该方法无需专门仪器测量物体表面的微观轮廓,无需设计专用的纹理力触觉表达装置.实验表明该方法是可行的,并通过对实验结果的分析给出了改进方向.     

基于随机森林回归的手臂末端力的软测量方法

针对手臂康复训练后仍缺乏准确力觉的康复病人提出了一种手臂末端力的软测量方法。采用肌电信号(EMG)传感器与手臂姿态传感器获取的数据综合描述手臂的综合状态信息,并作为随机森林回归的输入,将手臂末端力作为随机森林回归的输出。依据康复训练的基本动作单元,针对性的设计了"推拉"和"提放"两组试验,在离线状态下,利用力传感器测量得到的实际末端力与手臂的综合状态信息作为样本集,并通过大量样本数据训练随机森林回归算子得到稳定可靠的回归算子,最后通过在线预测手臂末端力与真实末端力输出的比较,验证了该方法的有效性。     

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.     

基于CPA方法的串联工业机器人运动学标定精度试验研究

几何参数误差是影响工业机器人定位精度的主要误差源,约占总误差的80％以上.基于圆点分析法(circle points analysis,CPA)所标定的几何参数与机器人的实际结构相关,并且能够将几何参数误差与其他误差源解耦.研究表明CPA方法的测量策略对其标定精度具有较大影响.针对基于CPA方法的串联工业机器人运动学标...     

用于微创外科手术的遥控机器人系统研究现状及趋势

用于微创外科手术(Minimally Invasive Surgery 简称MIS)的主从式遥控机器人 系统是医疗中的MIS技术与遥操作技术的结合, 本文主要对具有力觉临场感的比率遥控机器 人用于MIS时的控制特点要求和控制理论技术的研究现状进行了综述,强调了用于MIS和用于 生物工程、微机械等领域的遥控机器人系统在控制上的异同, 对用于MIS的比率遥控机器人 系统控制中有待研究的一些关键问题提出了见解.     

力觉临场感系统中环境动力学的遗传神经网络模型

针对环境的本质非线性特征，提出了一种新的基于遗传神经网络的力觉临场感系统中环境动力学模型的建立方法，阐述了其建模机理和建模算法，并通过实验验证其有效性。本文的论述对力觉临场感系统控制结构和控制算法的设计具有重要意义。