智能肌電假手的多傳感器信息系統(tǒng)研究.pdf

1、具有多種感覺的智能仿生假手研究，目的是為了提高肢殘人士的生活自理度，縮小其與健康人肢體之間功能上的差異，保障肢體殘疾患者心理健康，促進社會文明及醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展。同時，智能仿生假手研究集多傳感器技術(shù)、信息融合技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、電子信息等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉，促進了當(dāng)今的各項尖端技術(shù)相互滲透。人類的上肢系統(tǒng)功能復(fù)雜，感覺反饋極其豐富，而目前商用的電動假手基本上采用肌電信號控制，并不具備對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

2、功能，提高假手的仿生性和智能性，有必要在肌電電動假手系統(tǒng)上增添多傳感器感知系統(tǒng)。
　　 佩戴肌電假手的殘疾人以殘肢表面肌電信號作為假手控制信號，實現(xiàn)近似自然的手部動作操控。涉及表面肌電信號的采集處理、手部動作識別、假手運動控制等技術(shù)。多傳感器感知與肌電電動假手的有機結(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，本文在肌電信號處理和識別的基礎(chǔ)上，對被抓物體的接近覺傳感與檢測、軟硬度檢測、導(dǎo)熱性測量等多

3、個方面進行了理論研究和實驗探索。設(shè)計并研制多感知傳感器的硬件電路，最終集成到肌電假手上。取得了以下研究成果與創(chuàng)新：
　　 (1)對國內(nèi)外電動假手、各種可用于假手的新型傳感器相關(guān)技術(shù)文獻進行了綜述，簡要分析和總結(jié)了軟硬度傳感器、接近覺傳感器、導(dǎo)熱性傳感器以及肌電假手的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
　　 (2)針對肌電信號控制電動假手中存在不同肌群之間相互耦合的問題，提出了一種盲源分離和小波分析相結(jié)合的多通道串?dāng)_消除方法，提高了信號

4、的信噪比；采用時頻組合多角度特征融合的方法，融合了不同BP網(wǎng)絡(luò)對不同模式識別能力的差異，充分利用了多特征集的互補性，提高了肌電信號多動作模式的識別率及肌電假手控制的魯棒性。
　　 (3)在機器人PVDF觸覺傳感器基礎(chǔ)上，結(jié)合手爪的控制速度，設(shè)計了仿生假手用軟硬度檢測傳感器，提出了一種行之有效的被抓物體軟硬度檢測與表達方法。實驗得出，在特定夾緊速度下，以設(shè)定時間段內(nèi)軟硬度檢測傳感器輸出電壓信號采樣值的累加和作為特征量能較好地表達待

5、測物體的軟硬度。
　　 (4)研制了用于仿生假手的導(dǎo)熱性檢測傳感器，設(shè)計了相應(yīng)的熱覺信號檢測電路。針對電動假手工作環(huán)境及氣候的變動性，提出了一種仿人型PWM溫度調(diào)節(jié)方式，有效克服了檢測系統(tǒng)工作環(huán)境不一致帶來的誤差。設(shè)計的熱敏電阻陣列檢測單元，有效減小了檢測盲區(qū)，降低了對被抓物體接觸位置的要求，提高了感知系統(tǒng)的穩(wěn)定性與靈敏度。
　　 (5)研制了仿生假手用的紅外接近覺檢測傳感器，接近覺信號通過調(diào)制電路發(fā)射并由解調(diào)電路解調(diào)出