具有压觉感知的拟人化机械手设计

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机械手作为机器人最末执行端,是机器人设计中不可或缺的一部分,它可以代替人手在一些危险的区域进行高精度作业,其中“感知”系统是机械手控制中重要的一环,而现在感知系统中基于压觉感知这一关键技术缺少理论支撑,此外针对拟人化机械手构建的感知理论不完善,往往只能做到只“感”不“知”。本文基于表面肌电信号(简称sEMG)控制机械手的背景下,加入了压力传感器,为机械手建立了压觉感知,从而在能够操作机械手动作的同时将感知到的信息反馈给机械手,使得机械手执行能够恰当与及时,操作过程能够友好与智能,并能在相对安全环境中操作。本文的研究成果主要为:第一,建立不同物品的重量和表面肌电信号之间的定量辨识。本文为了实现肌电控制机械手动作与肌电信号辨识物品重量,首先将采集到的原始信号进行降噪处理,并采用均方根作为特征提取方法,其次建立肌电阈值控制机械手动作以及找到8位被试者的肌电信号与21个不同重量物品间的定量关系,并建立线性拟合函数。第二,建立多个物品不同重量与机械手握取时指尖压力之间的辨识。本文通过“无限逼近”法,让机械手不断逼近拿取物品合适力的临界点,换算出摩擦系数,在已知摩擦系数后,可以用合适的力拿起同样材质的不同重量物品,并进行了实验验证。第三,将上述理论作为压觉感知系统的理论基础,实现压觉信息反馈控制,做到“感”与“知”的结合。本文利以实验室现有机械手作为平台,并对其进行拟人化改良,其次基于上述理论,实现了用肌电信号阈值控制机械手实时动作和用压力作为临场反馈信息,从而实现了压觉感知反馈控制系统。最后进行实验验证,其实验结果验证了压觉感知系统理论的可靠性。
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