具有軟硬度和導熱性的多感覺肌電假手研究.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，促進醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展。同時，智能仿生假手研究集機器人學、生物醫(yī)學工程、電子信息等多學科領域的交叉，已成為相關(guān)領域工程研究人員關(guān)注的研究重點。人的上肢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相當復雜，感覺反饋豐富，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)。
　　

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、導熱性等，以便通過抓取動作得到被抓物體相應的知識，為后續(xù)的動作行為提供指導。肌電電動假手利用殘肢的表面肌電信號達到假手自然操控的目的，涉及基于表面肌電信號的采集處理與手部動作識別、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，本文在被抓物體軟硬度檢測、導熱性測量，表面肌電信號的

3、濾波、特征提取和模式識別等多個方面進行了理論研究和實驗探索，取得了以下研究成果與創(chuàng)新：
　　 (1)對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的文獻進行了綜述，簡要概括和總結(jié)了軟硬度傳感器、導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)在實驗室開發(fā)機器人觸覺傳感器的基礎上，設計了適宜于肌電假手的軟硬度傳感器，設計了信號的調(diào)理電路，提出了一種簡單實用的被抓物體軟硬度檢測與表達方法，即，用規(guī)定夾緊速度下，規(guī)定時間段內(nèi)觸覺傳感器

4、輸出的壓力信號累積值作為被抓物體軟硬度的量化表達方法等。設計了一種可以安裝在肌電假手手指上的導熱性傳感器以及相應的信號處理電路。針對溫度響應時間過長的弊端，采用單位時間內(nèi)導熱性信號幅值的變化作為判斷物體導熱性的標準。
　　 (3)首次將小波域隱馬爾科夫模型用于表面肌電信號的濾波中。與軟硬閾值法相比，該種方法根據(jù)貝葉斯后驗估計確定重構(gòu)的小波系數(shù)，不需要預先設定參數(shù)，提高了自適應性。實驗結(jié)果表明，該方法有較好的濾波效果，提高了信噪抑

5、制比，同時較好的保留了表面肌電信號的邊緣特征，為后續(xù)的基于表面肌電信號模式識別創(chuàng)造了良好的條件。采用最優(yōu)小波包來提取表面肌電信號的小波系數(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分類器，對手部的四個動作進行分類。實驗結(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識別方法相結(jié)合的算法能夠以較高識別率區(qū)分伸腕、屈腕、展拳、握拳4種動作。
　　 (4)給出了軟硬度、導熱性等傳感器在肌電電動假手上的應用，并結(jié)