基于滑动检测的假肢手反射控制研究

发布时间：2017-10-18 06:26

  本文关键词：基于滑动检测的假肢手反射控制研究

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【摘要】：在非结构化环境中,虽然被抓物体的材质,重量,刚度均未知,外界扰动也不确定,人们却能够根据手的触觉信息,适当的调整抓取力的大小,实现无滑动的稳定抓取过程。然而,对于假肢手而言,由于缺乏人手的灵活性,又没有高效的皮肤感受器,非结构化环境成为其实现稳定抓取的一个重要挑战。特别是当假肢手抓取力过小时,如何避免物体滑落,如何动态的应对外界环境的干扰,成为科学研究急需解决的难题。为了在假肢手上重建仿人手反射控制功能,本文从滑动检测和反射控制策略等方面入手,对假肢手的反射控制进行了深入研究,主要的工作如下： (1)在分析腱驱动假肢手结构特征的基础上,运用拉格朗日方程法建立了假肢手动力学模型,并分别运用数学软件MATLAB和动力学仿真软件ADAMS对其进行了仿真和验证,证实了动力学模型的合理性。 (2)利用力敏电阻设计了一种新型滑动检测传感器,并运用短时傅里叶变换对其输出信号进行频谱分析。提出了一种基于经验模态分解算法的滑动信号检测方法,并对该方法的性能进行了实验测试,结果验证了该滑动检测方法的有效性和准确性。 (3)针对假肢手抓握对象的软硬度以及滑动速度的变化,建立了假肢手模糊反射加载力模型,提出了假肢手拟人反射控制的整体策略；设计了基于滑动快慢的自适应PI力控制器。通过抓取不同软硬度物体的反射控制仿真,验证了反射控制策略的正确性和可行性。 (4)基于假肢手反射控制实验平台,在抓取物体软硬度和滑动速度均变化的情况下,对假肢手进行了反射抓取力控制实验。实验结果表明,本文所设计的基于滑动检测的假肢手反射控制系统具备良好的抓握力自适应调节功能,能有效的防止物体滑动,基本实现了拟人反射控制功能。
【关键词】：假肢手 腱驱动 动力学建模 滑动检测 反射控制
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 选题意义和研究价值9-10
• 1.2 假肢手国内外发展现状10-11
• 1.3 滑动检测研究现状11-14
• 1.3.1 滑动检测国内外研究现状11-13
• 1.3.2 各类滑动检测方法的优缺点13-14
• 1.4 反射控制策略研究现状14-15
• 1.5 研究内容和技术路线15-17
• 2 腱驱动假肢手动力学建模及其仿真分析17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 腱驱动假肢手建模分析17-18
• 2.3 假肢手动力学建模18-24
• 2.4 模型的仿真与分析24-26
• 2.5 本章小结26-28
• 3 滑动检测传感器及其检测方法28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 滑动检测传感器28-29
• 3.3 滑动信号的产生与分析29-32
• 3.3.1 滑动测试实验台29-30
• 3.3.2 滑动信号频谱分析30-32
• 3.4 基于经验模态分解的滑动检测32-36
• 3.4.1 经验模态分解算法基本原理32-35
• 3.4.2 滑动信号的识别35-36
• 3.5 滑动检测方法的性能测试36-41
• 3.6 本章小结41-42
• 4 假肢手反射控制策略研究42-60
• 4.1 引言42
• 4.2 物体软硬度估算方法42-48
• 4.2.1 PVDF传感器及软硬度测量原理43-45
• 4.2.2 传感器信号调理45-46
• 4.2.3 软硬度估算测试46-48
• 4.3 假肢手反射加载力模型48-51
• 4.3.1 反射加载力模型结构48-49
• 4.3.2 输入模糊化和输出解模糊化49-51
• 4.4 假肢手反射控制策略51-54
• 4.4.1 人手反射防滑控制机理过程51-52
• 4.4.2 假肢手反射控制策略52
• 4.4.3 滑动自适应力控制器52-54
• 4.5 假肢手反射控制仿真与分析54-59
• 4.5.1 假肢手抓取动力学模型55-56
• 4.5.2 直流电机模型56-57
• 4.5.3 反射控制仿真与分析57-59
• 4.6 本章小节59-60
• 5 假肢手反射控制实验60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 假肢手反射控制实验平台60-63
• 5.2.1 反射控制实验平台硬件构成60-61
• 5.2.2 反射控制系统软件61-63
• 5.3 人手反射控制实验63-65
• 5.4 假肢手反射控制实验65-70
• 5.4.1 无反射控制抓取实验65
• 5.4.2 反射控制抓取实验65-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-78
• 攻读学位期间主要的研究成果目录78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 尚振东,王恒迪,马伟,毛晓波;一种高实时性滑觉传感器滑动程度判别模式[J];传感器技术;2005年02期

2 张立勋,谭定忠,路敦民,陆海军;基于滑觉传感器和模糊控制的软抓取研究[J];哈尔滨工程大学学报;1999年05期

3 高晓辉;史士才;赵大威;姜力;王智洋;蔡鹤皋;刘宏;;HIT anthropomorphic robotic hand and finger motion control[J];Journal of Harbin Institute of Technology;2006年01期

4 杜秋华;王飞;;经验模式分解在信号处理中的应用[J];航天器环境工程;2009年S1期

5 郝智秀,申永胜;握取器握力自适应控制[J];清华大学学报(自然科学版);1999年02期

6 邓振旭;吴福彪;;关于兴奋、反射及反射弧的实验与分析[J];生物学教学;2008年05期

7 刘宏,G.Hirzinger;智能机器人灵巧手的研究[J];西安交通大学学报;2003年04期

8 马真兰,丛红梅,陈华,宋锦薇,曹征;浅谈金属硬度及硬度试验[J];冶金标准化与质量;2005年01期

9 王人成;金德闻;;仿生智能假肢的研究与进展[J];中国医疗器械信息;2009年01期

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本文编号：1053439