發(fā)布時(shí)間：2019-12-04 19:51

【摘要】：隨著殘疾人假手自由度數(shù)量的增加,單一的生物信息源越來(lái)越難以滿足多自由度假手對(duì)人體動(dòng)作意圖識(shí)別的需求。近年來(lái),基于多源生物信息(如肌電、腦電、近紅外光譜、加速度、眼跟蹤)的融合實(shí)現(xiàn)人體多種動(dòng)作意圖的解析和多自由度假手的多模式運(yùn)動(dòng)控制成為發(fā)展趨勢(shì)。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),研制能夠同時(shí)采集表面肌電與近紅外光譜信號(hào)的傳感器,基于該傳感器研究假手的抓取控制。主要研究?jī)?nèi)容包括:表面肌電/近紅外傳感器的設(shè)計(jì)、傳感器的噪聲抑制和測(cè)試及基于該傳感器的假手抓取控制策略等。本文結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外生機(jī)接口的研究現(xiàn)狀,確定采用表面肌電信號(hào)和近紅外信號(hào)融合的方式進(jìn)行生物信號(hào)采集。對(duì)表面肌電/近紅外傳感器的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。傳感器包含四個(gè)模塊,分別為表面肌電信號(hào)采集模塊、近紅外信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理與通信模塊、電源管理模塊。對(duì)于肌電信號(hào)采集模塊,基于肌電信號(hào)的產(chǎn)生原理以及采集過(guò)程中各種噪聲源的分析結(jié)果,設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)放大和濾波電路,包括前置放大濾波電路、帶通濾波電路、電壓抬升電路。對(duì)于近紅外信號(hào)采集模塊,通過(guò)生物組織光學(xué)特性、散射定律和改進(jìn)的比爾—朗伯定律,選擇多波長(zhǎng)近紅外光作為光源,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的放大和濾波電路。對(duì)于信號(hào)處理與通信模塊,采用無(wú)線傳輸方式,并設(shè)計(jì)基于低功耗藍(lán)牙4.1的信號(hào)處理模塊。為了驗(yàn)證和提高所設(shè)計(jì)傳感器的性能,本部分對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試與分析。其中對(duì)測(cè)試過(guò)程中的肌電信號(hào)進(jìn)行頻譜有效性分析,包括采用數(shù)字濾波算法消除肌電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽跡和高頻噪聲,通過(guò)基于LMS自適應(yīng)濾波和頻譜插值的方法濾除工頻諧波分量。對(duì)于近紅外信號(hào)采集模塊,進(jìn)行了光源輸出功率、穩(wěn)定性和背景光測(cè)試。由于基于模式識(shí)別的肌電控制方法需要較多的可用肌群,多數(shù)肢殘患者難以滿足要求。本文提出一種基于肌電信號(hào)與近紅外信號(hào)融合的假手編碼控制策略,通過(guò)將兩枚肌電/近紅外傳感器分別放置在橈側(cè)腕屈肌和橈側(cè)腕伸肌處,以及對(duì)抓取手勢(shì)的分類與編碼,實(shí)現(xiàn)常用抓取手勢(shì)從低維到高維的映射。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行假手抓取控制實(shí)驗(yàn),經(jīng)驗(yàn)證,基于肌電/近紅外信號(hào)的假手編碼控制策略具有較高的成功率和實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R496;TP212

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本文編號(hào)：2569729