基于振动反馈的智能假肢抓握系统设计与研究

摘要

随着工业和交通的迅速发展，因为意外伤害、不可抗天灾而被迫截肢的人数在不断增长；另一方面，因疾病（如糖尿病足等）而导致截肢患者也不在少数。智能假肢能增强截肢病人的活动能力，使他们能够更好地生活和工作。如何让用户更加自如地控制智能假肢来辅助他们进行日常活动是一个重要的研究课题。本文从这一点出发，研究了智能假肢抓取运动中的传感反馈和基于振动反馈的智能假肢抓握系统设计与研究，通过将用户这个因素加入到智能假肢控制回路中，提升用户对智能假肢的控制体验。
　　在智能假肢抓取运动的传感反馈前期研究中，进行了抓取质量变化物体的实验和抓取不同形状和软硬程度物体的实验，记录了实验过程中三指灵巧手上6片阵列传感器的数值。在数据分析部分，根据传感数据绘制出伪彩色图和力的平均值曲线，通过伪彩色图了解抓取移动过程中机械手上每一片传感器压力大小和分布，通过力的平均值曲线变化了解负载不同的情况下力的大小变化。
　　在基于振动反馈的智能假肢抓握系统设计与研究中，本文在假肢控制回路用引入了人这个因素。首先按照功能将实验平台系统划分为机械臂运动控制、三指灵巧手运动控制和振动反馈这三部分，依次实现。然后进行了物体抓握实验，实验条件分为有视觉反馈和具有振动反馈和视觉反馈这两种，抓握的物体具有不同的质量和软硬程度。最后通过对比在这两种条件下参与者通过数据手套控制智能假肢完成特定抓握任务的情况，来分析振动反馈的引入对智能假肢抓握性能的影响。
　　抓取运动的传感反馈研究揭示了抓取质量变化物体实验和抓取不同形状和软硬程度物体时手部的受力分布和受力大小变化，为实现对各种物体的自适应抓握、提出基于滑动检测的抓取力控制算法以实现物体重量变化情况下的抓取控制具有重要意义。基于振动反馈的智能假肢抓握研究实验结果表明，在假肢控制中通过振动反馈将用户包含进假肢控制闭环内，能够有效地帮助用户更好地控制假肢更好地完成日常任务。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要研究内容

2 实验平台介绍

2.1 硬件平台介绍

2.2 软件平台介绍

2.3 本章小结

3 抓取运动中传感反馈研究

3.1 抓取质量变化物体实验

3.2 抓取不同形状和软硬程度物体实验

3.3 本章小结

4 基于振动反馈的抓握系统设计与研究

4.1 实验系统设计与搭建

4.2 实验设计

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 I 攻读硕士期间发表的文章