基于STM32和小波自适应滤波算法的生理参数监测系统的研究

针对心血管疾病的高死亡率以及人口老龄化的现象,本篇文章开发了基于STM32单片机和小波自适应阈值滤波算法的可穿戴式健康监测系统。系统可分为系统微处理器、数字系统模块、人机交互模块、信号采集模块和无线通信模块等几个部分,针对人体的心率、血氧、体温等重要生理参数进行处理分析,进而对人体实时监护。系统处理器选取STM32F103C8T6作为控制芯片,显示模块选用了OLED。生理参数采集系统选用了MAX30102传感器和Pulse sense传感器分别对人体腕部和指尖心率进行采集。生理参数采集完毕后,通过进一步的A/D转化,基于提出的一种改进小波自适应阈值滤波算法降噪滤波,从而将人体的生理特征参数记录下来。再将采集的生理数据通过蓝牙传输至手机端,其中的ZigBee模块主要是把获得的数据再次输送到远程控制端内,让患者能够远程得到更好的医疗监控。本系统通过软件与硬件相结合的方式。最后通过对比论证其中心率（BPM）结果误差为±2BPM,血氧含量监测结果误差在±2%以内。     

连续体机器人工作空间改进分析与仿真

首先介绍了连续体机器人的结构形式,然后对其进行正逆运动学建模,并利用传统蒙特卡洛法及Matlab软件对机器人的工作空间进行仿真分析。考虑到传统蒙特卡洛法散点分布不均匀等缺陷,通过采用正态分布生成部分边界值点的方法进行改进,改进后的工作空间散点图分布均匀,更接近实际工作空间。为进一步验证改进方法的优越性,将工作空间放置于长方体内并进行分割,对部分层所包络的工作空间面积进行对比,结果表明,总随机点数相当的情况下,改进方法精度明显优于传统算法,这为连续体机器人的结构设计和性能分析奠定理论基础。     

面向狭小环境检测的柔性机器人运动建模与控制研究

针对传统刚性检测手段因其体积大、自由度低、灵活性差等缺陷,难以适应复杂狭小非结构化环境中的检测需求,且传统组装式连续体机器人存在结构复杂、运动变形差、控制精度低等问题,提出一种面向狭小环境检测应用的柔性一体化连续体机器人,并对其进行运动建模和控制方法研究。在常曲率假设下基于几何分析方法建立机器人的正逆运动学模型,构建其驱动空间、关节空间及操作空间的映射关系,并对其运动特性进行仿真分析。基于蛇形运动机制提出一种柔性连续体机器人运动控制方法,以蛇行运动模型和逆运动学为基础来控制连续体机器人的推送运动。搭建相应的物理样机平台对所建运动模型和所提控制方法进行实验验证,结果表明：所建运动模型能够较为准确地描述柔性检测机器人的弯曲运动特性,所提控制方法实现了机器人的运动控制,且控制效果和控制精度在合理范围内。     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

绳驱动柔性机器人运动学建模及主从控制研究

针对目前组装式绳驱动柔性机器人存在的装配复杂、控制精度差与刚度低等问题，提出了一种用于狭小空间探测的超冗余绳驱动柔性机器人。首先，设计了一种通过卯榫连接的绳驱动柔性机械臂，基于常曲率假设，利用MATLAB软件建立了该机器臂的运动学模型，并对其工作空间与绳长变化量进行了仿真分析；然后，分别设计了基于上位机软件界面和增量映射模型的主从控制方法；最后，搭建了单关节的柔性检测机器人系统样机平台，并通过旋转弯曲与负载弯曲试验，对所建模型和控制策略进行了验证。研究结果表明：新构型柔性机器臂可以解决柔性机器人刚度较低的问题，其运动特性明显优于芯柱型柔性机器人，其负载能力达到250 g时，末端位置的控制误差小于8%,满足柔性机器人的控制需求。