外骨骼機(jī)器人信號(hào)辨識(shí)與控制.pdf

1、作為人類拓展自我能力的方向,外骨骼機(jī)械不僅對(duì)人相對(duì)柔弱的身體提供了堅(jiān)實(shí)的保護(hù),并且在增強(qiáng)了人的運(yùn)動(dòng)能力方面有著無限的發(fā)展可能。外骨骼機(jī)械在20世紀(jì)60年代被首次提出,由于它的技術(shù)領(lǐng)域涵蓋廣泛,要求高,所以直到最近十年,外骨骼機(jī)械才有了較引人注目的進(jìn)步與成就。由于長時(shí)間的積累,美國與日本在該領(lǐng)域內(nèi)處于世界領(lǐng)先的位置,國內(nèi)的發(fā)展則處于初級(jí)階段。但是面對(duì)其不論對(duì)于軍事,還是日常生活上對(duì)人體增強(qiáng)的無限可能,我們沒有理由不在該方面增加投入,進(jìn)行更

2、加廣泛和深入的研究。
　　本文在研究探索國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)和構(gòu)建了外骨骼機(jī)械的樣機(jī),為了更好地實(shí)現(xiàn)外骨骼對(duì)人運(yùn)動(dòng)的識(shí)別,理解進(jìn)而能夠提升人體的運(yùn)動(dòng)能力的目的,表面肌電,作為人體肌肉運(yùn)動(dòng)收縮的外在生物電信號(hào)反應(yīng),被引入控制系統(tǒng)。通過對(duì)該信號(hào)的分析,可以提取人體的運(yùn)動(dòng)意圖,包括運(yùn)動(dòng)類型和力量的大小,作為控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)外骨骼的運(yùn)動(dòng)。主要研究?jī)?nèi)容及所做的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.采用一個(gè)電機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)節(jié)自由度的方式,模擬人體

3、關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng),各個(gè)電機(jī)均通過獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器控制。
　　2.表面肌電信號(hào)采用4通道,差分采集方式從上肢控制腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的四塊肌肉處采集,通過Butterworth濾波器獲得10-500Hz的有效頻譜信號(hào),并濾除50Hz的工頻干擾,為了盡可能的減小諸多干擾造成的對(duì)識(shí)別的影響,選擇了最優(yōu)對(duì)特征集。在識(shí)別運(yùn)動(dòng)類型方面,針對(duì)所采集的位置的特點(diǎn),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了兩種識(shí)別架構(gòu)。第一種分類方法基于每個(gè)關(guān)節(jié)均有收縮肌和伸展肌控制,故可以直接通過從兩種肌肉中

4、提取出的力的大小分析運(yùn)動(dòng)類型,該方法不需要長時(shí)間的訓(xùn)練和復(fù)雜的分類器設(shè)計(jì),但局限于兩種肌肉控制明顯的關(guān)節(jié)。第二種基于傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)分類器,并且為每一個(gè)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)了獨(dú)立的分類器,簡(jiǎn)化了每個(gè)分類器,提高了系統(tǒng)的整體魯棒性。在本文中通過比較,最終選定Boosting作為最優(yōu)分類器。然而基于本文的架構(gòu),可以換用其他的分類器。兩種控制方法互為補(bǔ)充,較好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)人的運(yùn)動(dòng)意圖的把握。
　　3.本文在分析得到運(yùn)動(dòng)類型的同時(shí),沒有采用較常用的固定速