仿生假手雙向生機接口系統(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動方式等方面實現(xiàn)了對人手的模仿,但是在人機交互控制方面還存在諸多不足,難以可靠地對使用者的控制意圖進行解碼,并準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計制造與性能評估”(課題編號2011CB013306),針對上述難題,設計了一種具備肌電控制與電刺激反饋的雙向人機接口,并基于該接口提出了相應的交互控制策略。主要研究內(nèi)容包括:基于抓取分類學和有限狀態(tài)機原理的多自由度假

2、手肌電控制方法,基于多通道雙相經(jīng)皮神經(jīng)電刺激的感覺反饋策略,以及基于最小均方根(LMS)自適應濾波的肌電-電刺激干擾抑制方法等。
　　本文首先對當前國內(nèi)外仿生假手的人機雙向接口進行綜述,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,本文將抓取分類學與有限狀態(tài)機相結(jié)合,采用一對伸/屈肌

3、肉群,實現(xiàn)了日常生活中人手使用頻次85％的7種典型動作的力位控制。為了檢驗肌電控制方法的有效性,本文進行了抓取成功率驗證實驗。實驗結(jié)果表明,該方法能以較短的編碼時間和較高的編碼成功率,實現(xiàn)對多自由度假手的控制。
　　為了克服傳統(tǒng)假手缺乏感覺反饋給使用者帶來的不便,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,設計了多通道電刺激器。為了檢驗電刺激器的有效性,本文進行了電刺激波形、參數(shù)的遴選實驗,比較了被試在不同刺激波形下的感覺閾

4、值、適宜強度以及在適宜刺激強度下的頻率分辯能力。為了抑制電刺激波形對肌電信號的干擾,本文通過正反雙相電刺激,減弱了電刺激噪聲的能量,通過基于LMS自適應濾波器的噪聲消除技術(shù)進一步削弱了肌電信號中的噪聲分量。
　　為了驗證本文雙向人機接口工作的可靠性以及交互控制的實用性,本文基于PC機和HIT-IV假手進行了交互控制實驗。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,進行了電刺激反饋下的抓握力控制實驗和不同反饋條