仿生假手雙向生機(jī)接口系統(tǒng)及交互控制的研究.pdf

1、盡管目前靈巧型假肢在外形和運(yùn)動(dòng)方式等方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)人手的模仿,但是在人機(jī)交互控制方面還存在諸多不足,難以可靠地對(duì)使用者的控制意圖進(jìn)行解碼,并準(zhǔn)確地將假手的工作信息反饋給使用者。本文結(jié)合“973”課題“操作感知一體化靈巧假肢設(shè)計(jì)制造與性能評(píng)估”(課題編號(hào)2011CB013306),針對(duì)上述難題,設(shè)計(jì)了一種具備肌電控制與電刺激反饋的雙向人機(jī)接口,并基于該接口提出了相應(yīng)的交互控制策略。主要研究?jī)?nèi)容包括:基于抓取分類學(xué)和有限狀態(tài)機(jī)原理的多自由度假

2、手肌電控制方法,基于多通道雙相經(jīng)皮神經(jīng)電刺激的感覺(jué)反饋策略,以及基于最小均方根(LMS)自適應(yīng)濾波的肌電-電刺激干擾抑制方法等。
　　本文首先對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外仿生假手的人機(jī)雙向接口進(jìn)行綜述,確定了本文交互控制研究的技術(shù)路線,從表面肌電信號(hào)中提取使用者的控制信息,并利用經(jīng)皮神經(jīng)電刺激將假手的工作信息反饋給人體。
　　為了克服目前基于模式識(shí)別的肌電控制方法所需活躍肌肉群較多的不足,本文將抓取分類學(xué)與有限狀態(tài)機(jī)相結(jié)合,采用一對(duì)伸/屈肌

3、肉群,實(shí)現(xiàn)了日常生活中人手使用頻次85％的7種典型動(dòng)作的力位控制。為了檢驗(yàn)肌電控制方法的有效性,本文進(jìn)行了抓取成功率驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能以較短的編碼時(shí)間和較高的編碼成功率,實(shí)現(xiàn)對(duì)多自由度假手的控制。
　　為了克服傳統(tǒng)假手缺乏感覺(jué)反饋給使用者帶來(lái)的不便,本文利用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)和雙相壓控電流源電路,設(shè)計(jì)了多通道電刺激器。為了檢驗(yàn)電刺激器的有效性,本文進(jìn)行了電刺激波形、參數(shù)的遴選實(shí)驗(yàn),比較了被試在不同刺激波形下的感覺(jué)閾

4、值、適宜強(qiáng)度以及在適宜刺激強(qiáng)度下的頻率分辯能力。為了抑制電刺激波形對(duì)肌電信號(hào)的干擾,本文通過(guò)正反雙相電刺激,減弱了電刺激噪聲的能量,通過(guò)基于LMS自適應(yīng)濾波器的噪聲消除技術(shù)進(jìn)一步削弱了肌電信號(hào)中的噪聲分量。
　　為了驗(yàn)證本文雙向人機(jī)接口工作的可靠性以及交互控制的實(shí)用性,本文基于PC機(jī)和HIT-IV假手進(jìn)行了交互控制實(shí)驗(yàn)。依據(jù)使用者在日常假手控制中所必需的反饋信息,提出了電刺激反饋策略,進(jìn)行了電刺激反饋下的抓握力控制實(shí)驗(yàn)和不同反饋條