具有軟硬度和導(dǎo)熱性的多感覺(jué)肌電假手研究.pdf

1、智能仿生假手研究的目的是為了改善殘疾人的生活自理能力，促進(jìn)醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，智能仿生假手研究集機(jī)器人學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、電子信息等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉，已成為相關(guān)領(lǐng)域工程研究人員關(guān)注的研究重點(diǎn)。人的上肢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，感覺(jué)反饋豐富，而目前商用的電動(dòng)假手基本上采用肌電信號(hào)控制，并不具備對(duì)所抓物體的信息感知反饋。為了使假手盡可能地模仿人手的功能，提高假手的仿生性和智能性，有必要在肌電電動(dòng)假手系統(tǒng)上增添多傳感器感知系統(tǒng)。
　　

2、假手多傳感器感知是指多方位、多角度地獲取被抓物體的外在物理特性，如溫度、軟硬度、導(dǎo)熱性等，以便通過(guò)抓取動(dòng)作得到被抓物體相應(yīng)的知識(shí)，為后續(xù)的動(dòng)作行為提供指導(dǎo)。肌電電動(dòng)假手利用殘肢的表面肌電信號(hào)達(dá)到假手自然操控的目的，涉及基于表面肌電信號(hào)的采集處理與手部動(dòng)作識(shí)別、假手運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)。多傳感器感知與肌電電動(dòng)假手的有機(jī)結(jié)合將使假手具有良好的仿生性，并使假手操作的智能化程度得到有效的提升。為此，本文在被抓物體軟硬度檢測(cè)、導(dǎo)熱性測(cè)量，表面肌電信號(hào)的

3、濾波、特征提取和模式識(shí)別等多個(gè)方面進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)探索，取得了以下研究成果與創(chuàng)新：
　　 (1)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，簡(jiǎn)要概括和總結(jié)了軟硬度傳感器、導(dǎo)熱性傳感器以及肌電假手的研究背景、研究現(xiàn)狀和研究意義。
　　 (2)在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了適宜于肌電假手的軟硬度傳感器，設(shè)計(jì)了信號(hào)的調(diào)理電路，提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的被抓物體軟硬度檢測(cè)與表達(dá)方法，即，用規(guī)定夾緊速度下，規(guī)定時(shí)間段內(nèi)觸覺(jué)傳感器

4、輸出的壓力信號(hào)累積值作為被抓物體軟硬度的量化表達(dá)方法等。設(shè)計(jì)了一種可以安裝在肌電假手手指上的導(dǎo)熱性傳感器以及相應(yīng)的信號(hào)處理電路。針對(duì)溫度響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的弊端，采用單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)熱性信號(hào)幅值的變化作為判斷物體導(dǎo)熱性的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 (3)首次將小波域隱馬爾科夫模型用于表面肌電信號(hào)的濾波中。與軟硬閾值法相比，該種方法根據(jù)貝葉斯后驗(yàn)估計(jì)確定重構(gòu)的小波系數(shù)，不需要預(yù)先設(shè)定參數(shù)，提高了自適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法有較好的濾波效果，提高了信噪抑

5、制比，同時(shí)較好的保留了表面肌電信號(hào)的邊緣特征，為后續(xù)的基于表面肌電信號(hào)模式識(shí)別創(chuàng)造了良好的條件。采用最優(yōu)小波包來(lái)提取表面肌電信號(hào)的小波系數(shù)，并將各尺度上的這些系數(shù)的平方和構(gòu)建十四維特征向量輸入支持向量機(jī)分類器，對(duì)手部的四個(gè)動(dòng)作進(jìn)行分類。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于最優(yōu)小波包構(gòu)筑的特征向量與支持向量機(jī)識(shí)別方法相結(jié)合的算法能夠以較高識(shí)別率區(qū)分伸腕、屈腕、展拳、握拳4種動(dòng)作。
　　 (4)給出了軟硬度、導(dǎo)熱性等傳感器在肌電電動(dòng)假手上的應(yīng)用，并結(jié)