基于滑动检测的假肢手反射控制研究

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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。
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