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        面向人機交互任務的控制系統研究與設計.pdf 76頁

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        摘要 在眾多人機接口信號中,研究者對電阻抗斷層掃描(Electrical Impedance Tomography ,EIT )生物信號的研究相對較少,它在病理研究,病變檢測方便已 經被廣泛應用,但在對人體關節動力學估計方面,目前研究中還沒有將其作為人 機接口與作為機器人的控制參數使用,從最近數年的發展情況來看,其具有一定 的研究價值,因此本文將使用EIT 信號特征對人體關節動力學進行估計,最后作 為人機接口信號設計一套面向人機交互任務的機械臂控制系統。 本文使用基于生物信號特征的 EIT 信號對人手臂連續抓握力進行實時估計, 作為機械臂的控制參數使用。以UR5 機械臂為實驗平臺,設計了抓握力實時估 計實驗,位置/ 阻抗混合控制人機交互實驗,人機協作鋸切實驗驗證了EIT 信號 作為人機交互接口的可行性及控制算法的有效性。最終完成了一套面向人機交互 任務的機械臂控制系統,系統包含EIT 傳感前端、EIT 信號采集設備、EIT 圖像 重構上位機、機械臂實時控制上位機、機械臂本體、六維力/力矩傳感器等。 抓握力實時估計實驗共選擇了5 名被試, 擬合平均決定系數值為0.83±0.04 , 平均RRMSE 為0.31±0.10 ;位置/ 阻抗混合控制實驗選擇了3 名被試,每名被試 5 個實驗試次,研究了位置誤差峰值與誤差恢復到峰值的 10%之間的持續時間。 在被試抓取力較大時,所有試次的平均持續時間為798.24 ms ,,在被試抓取力較 大時,所有試次的平均持續時間為2144.89 ms 。使用EIT 生物信號對實時抓取力 估計的RRMSE 為0.211 ;人機協作鋸切實驗選擇了3 名被試,每名被試3 個試 次,研究了被試鋸切周期,向下鋸切力的大小以及對推拉狀態的識別率。所有試 次的平均最快鋸切周期為放松狀態1.220S,收緊狀態1.400S;向下鋸切力放松狀 態 12.692N ,收緊狀態15.504N;向下鋸切速度放松狀態0.407 cm/min ,收緊狀 態0.803 cm/min ; 本文結論證明了: (1)基于EIT 生物信號作為人機接口對人體關節動力學估計的可行性。 (2 )EIT 新型人機接口用于機械臂實時控制的可行性及其性能。 (3 )機械臂控制系統的完整性及其性能。 關鍵詞:EIT ,關節動力學估計,人機交互,機械臂控制 I Abstract In many man-machine interface signals, the researchers of Electrical impedance tomography biological signal research is few, it is in pathological study, convenient lesion detection has been widely used, but in terms of dynamics of the human body joint estimation, the current study is not as a man-machine interface and used as control parameters of the robot, it is very important research value and significance, so this article will use the EII signal characteristics to the human body joint dynamics to estimate, the final as the man-machine interface signal to design a set of the machine arm control system for human-computer interaction. This article USES the EIT signal based on biological signal feature of arm in continuous real-time estimate catch grip strength, u

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