• 2019年第11卷第2期文章目次
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    • 封一/封四

      2019, 11(2):0-0.

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      摘要:

    • 封二/封三

      2019, 11(2):0-0.

      摘要 (451) HTML (0) PDF 2.51 M (755) 评论 (0) 收藏

      摘要:

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      2019, 11(2):0-0.

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      摘要:

    • >论文
    • 智能肌电控制假手研究进展

      2019, 11(2):127-137. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.001

      摘要 (853) HTML (0) PDF 2.03 M (1609) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能肌电假手研究作为康复医疗领域中的重要研究内容,始终是国内外研究的热点.随着机器人技术的进步,假手正往仿人型、灵巧性、直觉控制、智能感知方向发展.智能肌电假手应当具有与人手相近的功能,其不仅能通过运动功能重建辅助残疾人进行日常生活,而且还应通过感知反馈功能重建让残疾人产生人机共融的本体感.本文通过对国内外多年的肌电假手研究成果进行分析比较,从质量、灵巧程度、抓取性能、设计原理等多角度分析了假手的机械结构设计要素;另外,本文还较系统地对基于肌电信号的手势识别研究现状进行概述,介绍了目前基于残肢生物信号识别的多种研究思路,并分析了多种基于不同原理的假手信息感知技术,介绍了利用指尖力触觉传感器实现对假手的自适应控制和用户的感知反馈.最后总结了未来假手的研究发展过程中面临的问题与挑战,提出了肌电假手的未来研究方向.

    • 基于ROS的遥控水下机器人监控系统研制

      2019, 11(2):138-143. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.002

      摘要 (642) HTML (0) PDF 1.49 M (1261) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低水下机器人开发复杂度,增加机器人的适应性和开放性,基于ROS (机器人操作系统)研制了遥控水下机器人监控系统.首先简单介绍了遥控水下机器人监控系统的硬件结构,提出了基于ROS的遥控水下机器人监控系统软件框架,介绍了感知执行层、导航控制层和监视操作层的组成及作用,描述了运动控制节点、人机交互节点、姿态控制节点3个功能模块的设计方法.实验表明,基于ROS开发的水下机器人监控系统能很好地协调感知模块、运动控制模块和人机交互模块等各个节点的工作,具有开发周期短、扩展性较好等特点.

    • 基于改进粒子群算法的机器人几何参数标定研究

      2019, 11(2):144-150. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.003

      摘要 (690) HTML (0) PDF 1.71 M (1251) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高机器人末端绝对定位精度,提出了基于改进粒子群算法(IPSO)的机器人几何参数标定方法.首先,为避免当机器人相邻两轴线平行或接近平行时,模型存在奇异性,建立了串联机器人MDH模型;其次,针对机器人几何参数标定特点,提出用改进粒子群算法优化标定机器人几何参数,其中粒子初始位置和速度由拟随机Halton序列产生,采用浓缩因子法修改粒子飞行速度,建立了用IPSO标定机器人几何参数目标函数数学模型,确立了用该算法优化标定几何参数的具体步骤.通过对ER10L-C10工业机器人仿真与实测标定,结果证实:采用该方法能够快速标定机器人几何参数,经标定后的机器人末端绝对定位精度有大幅提高.该算法简单,鲁棒性强,易于在工业机器人标定中推广应用.

    • 基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练控制方法

      2019, 11(2):151-157. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.004

      摘要 (472) HTML (0) PDF 2.16 M (1065) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有基于Kinect构建的康复训练系统,大多以患者自行开展主动康复训练为主,未能充分利用康复医师的临床经验且很少用于机器人辅助康复训练系统,具有一定的局限.针对此问题,提出一种基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练方法.首先,开展基于Kinect的上肢骨骼点跟踪与逆运动学计算;其次,基于Linux/QT及Kinect设计三维虚拟康复训练环境;再次,在康复医师示教训练任务并通过Kinect获取示教任务参考轨迹基础上,根据训练过程中Kinect实时捕获的患肢运动位置反馈,设计基于模糊推理的机器人辅助被动康复训练控制器;最后,基于Kinect及Barrett公司4自由度WAMTM康复机器人构建试验统平台,对方法有效性进行试验验证.实验结果表明,所提方法能有效利用医师的临床康复经验,并使机器人较平稳地牵引受试者上肢沿示教任务轨迹进行训练,较好地实现了"医师-机器人-患者"之间的人机协同康复训练.

    • 基于脑电信号评价情绪状态及听觉激励对改善情绪的研究

      2019, 11(2):158-164. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.005

      摘要 (468) HTML (0) PDF 3.09 M (1143) 评论 (0) 收藏

      摘要:如何从脑活动数据中发现具有生物学意义的知识及规律,正成为当今神经信息学理论与实践研究的热点与难点.基于脑电的情绪识别和情绪及其脑机制的关联研究已经成为神经工程和生物医学工程领域的热门课题.本研究基于脑电信号评价情绪状态,尝试借助脑电耳机来监测"毫无头绪"的脑电波,重点开展了听觉激励对改善焦虑情绪状态的实验研究.借助特定中国古风纯音乐产生听觉信号激励,激发出被试者平静放松的情绪状态,从而改善焦虑,发现音乐和情绪之间可能存在的关系.将来在BCI技术研究的基础之上,情绪识别可以进一步满足患有特定疾病(ALS症、脑瘫、脑干中风、脊髓损伤等)的患者人群的某些更高级的需求,即通过脑电分析出其对事物的喜好度,比如音乐的选择,从而设计出更加友善和智能的BCI系统,在医疗康复领域具有很好的应用前景.

    • 拖拉机驾驶机器人设计及人机协作方法研究

      2019, 11(2):165-172. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.006

      摘要 (539) HTML (0) PDF 2.45 M (1146) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对农用拖拉机智能化程度低,以及现有的人工智能水平尚无法完全实现自主驾驶控制拖拉机等问题,本文设计一种基于人机协作的拖拉机驾驶机器人.拖拉机驾驶机器人可以对拖拉机进行快速、无损、智能化升级,其结构由转向控制机械手、换挡机械手、旋耕机升降控制机械手和踏板控制机械腿等组成.通过研究人机协作的控制方法,提出了人机协作介入准则和基于转向电机电流反馈扭矩检测的人机协作模式切换方法,研制了原理样机验证拖拉机驾驶机器人的可行性和人机协作控制策略的有效性,对促进精准农业,提高现代农业智能化装备水平具有重要的现实意义.

    • 基于ANOVA和BP神经网络的最优肌电信号测量位置选择

      2019, 11(2):173-179. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.007

      摘要 (488) HTML (0) PDF 1.68 M (1084) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于肌电信号的手部动作识别中,肌电信号测量位置的选择直接关系到动作识别的准确率.本文以使用最少的肌电传感器和获得较高的动作识别率为目标,提出一种基于ANOVA (方差分析)和BP神经网络的肌电信号测量位置优选方法.使用4个肌电传感器采集受试者做出指定动作时的肌电信号,提取肌电信号的时域特征,并按测量位置组合构成15个不同的样本进行BP神经网络的训练和测试.采用单因素ANOVA分析测量位置对动作识别结果影响的显著性,采用Tukey HSD将测量位置进行归类,并从动作识别率最高的子集中选择测量位置最少但识别准确率最高的测量位置组合作为最优的肌电信号测量位置.实验结果表明,测量位置对动作识别的结果具有显著的影响,随着测量位置数的增加,动作识别准确率呈上升趋势,最优的测量位置组合为P1+P3+P4,其动作识别准确率为94.6%.

    • 电推进在电磁编队飞行碰撞规避控制中的应用

      2019, 11(2):180-185. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.008

      摘要 (584) HTML (0) PDF 1.42 M (1084) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于地球磁场的影响,电磁编队可以在近地轨道稳定飞行,通过改变电磁卫星磁极的电流大小来保持一定的编队队形.虽然地球磁场通常被看作偶极场,并随地球旋转,但地球磁场与电磁力场之间的相互作用被认为是一种内力.当电磁卫星编队突然遇到障碍物需要积极避障时,电磁力作为内力不能改变编队方向,因此,必须对电磁卫星编队施加外力,以实现碰撞规避控制.本文研究了电推进技术在电磁卫星编队碰撞规避中的应用.在此过程中,电推进提供编队转向所需的外部推力,而电磁力作为辅助推力共同作用实现碰撞规避.电推进采用多模态霍尔推力器,基于模糊推断的LQR重构控制方法进行碰撞规避过程的控制,并通过数字仿真验证了控制方法的有效性.

    • 面向带电作业的手臂末端输出力评估方法

      2019, 11(2):186-191. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.009

      摘要 (581) HTML (0) PDF 1.09 M (1188) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决带电作业时手臂末端输出力的准确控制,提出一种基于表面肌电信号(sEMG信号)和支持向量机回归(SVR)实现对手臂末端施力的评估方法.通过手握机械手臂末端的手柄,做往复推拉运动,记录此时手柄处的力传感器的数据F,同时利用3组肌电信号传感器同步采集手臂的肌电信号.将肌电信号提取特征后,与力F组合成样本集合S,在样本集合中随机抽取50%的样本数据作为训练集,分别训练BP神经网络、GRNN神经网络以及SVR神经网络.最后用训练好的神经网络对整个样本集中的力F进行预测,并用均方根误差和相关系数评估模型的预测效果.结果显示,SVR神经网络的预测效果较好,其均方根误差为3.074 0,相关系数为0.951 7.

    • 食指-拇指夹捏运动的动力学建模及控制

      2019, 11(2):192-197. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.010

      摘要 (538) HTML (0) PDF 1.48 M (1100) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了具有冗余肌肉的双自由度手指三维夹捏运动的运动学分析和动力学建模.拇指和食指均采用单关节肌和双关节肌模型,食指-拇指通过对向作用实现夹捏动作.在夹捏运动中,物体可以沿两个轴旋转,从而使物体实现时变的三维夹捏运动.考虑到屈肌和伸肌的共同收缩、非线性约束及重力的影响建立了动力学模型,并通过简单的控制对所提出的动力学模型的稳定性进行了数值仿真实验验证.

    • 斯里兰卡穹顶区的形成和演变机制分析

      2019, 11(2):198-207. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.011

      摘要 (778) HTML (0) PDF 4.40 M (1269) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过SODA再分析资料和AVISO观测资料研究了斯里兰卡穹顶区(SLD)的迁移和消散机制.斯里兰卡穹顶区是孟加拉湾西南部的一个气旋涡旋,主要出现在西南季风(5-9月)期间,与西南季风海流侵入孟加拉湾同时存在.正风应力旋度引起的Ekman抽吸是形成SLD的主要原因.回归分析结果表明SLD区域的风应力旋度与Ekman抽吸存在较强的正相关(r2=0.93,p>0.5).此外,结果表明SLD在发展过程中的移动主要受正风应力旋度移动的影响,SLD的消减与该正风应力旋度减弱和西传的暖Rossby波有关,而冷Rossby波的传播有益于SLD的发展.在SLD消减时期,孟加拉湾涡旋(BBD)独立发展并进一步与SLD融合,回归分析发现BBD区域的Ekman抽吸与当地风应力旋度的关系密切(r2=0.76,p>0.5),这表明了BBD在形成阶段由局地的风应力主导.9月之后,风应力旋度减弱,BBD和SLD开始了合并过程.动力方面,EKE分析显示SLD衰退的同时,BBD的EKE大幅增加;热力方面,10-11月时,由Ekman抽吸引起的SLD和BBD次表层冷水汇合,清晰地表明了二者之间的热动力学联系.

    • 基于聚类分析的川滇地区块体划分与应变研究

      2019, 11(2):208-215. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.012

      摘要 (529) HTML (0) PDF 2.85 M (1189) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究川滇地区块体划分与区域地壳应变.首先,对川滇地区GPS水平速度场采用K-medoids聚类法直接聚类;然后,基于改进的K-medoids方法,利用GPS站点地理位置与水平速度场对初步聚类结果联合约束进行第2次聚类分析,并结合F统计检验法确定各块体边界;最后,运用整体旋转线性应变模型计算各块体的应变参数,分析水平运动、应变场空间分布与区域构造变形的关系.研究结果表明:川滇地区的GPS聚类分析结果与地质学提出的板块划分结果相吻合,为块体划分提供另一种方式;整体旋转线性应变模型计算的应变结果显示川滇菱形块体表现为最大剪应变和面应变率梯度高值区,表明该区域积累了一定的弹性应变能,具有发生地震的危险性.

    • 基于Android手机手势和语音控制的人机交互系统设计

      2019, 11(2):216-220. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.013

      摘要 (495) HTML (0) PDF 1.22 M (1113) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对普通遥控器控制智能小车的局限性,结合移动互联网的应用,提出了一种新的人机交互智能小车控制系统的研究方案——一种基于Android手机方向(重力)传感器和语音控制的蓝牙小车控制系统.以Android手机作为上位机,包括语音系统、方向(重力)传感器系统,利用蓝牙通信技术与单片机总控制中心、蓝牙模块、电机驱动模块、蜂鸣器和LED模块、避障模块等组成的下位机进行通信,实现对蓝牙智能小车的实时控制.通过实物制作和测试,验证了系统的可操作性和实用性,同时也为智能轮椅、仓库管理等领域的实际应用奠定了一定的技术基础.

    • 外电场作用下D-甘油酸分子的结构和光谱研究

      2019, 11(2):221-225. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.014

      摘要 (497) HTML (0) PDF 1.03 M (1058) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用密度泛函(DFT) B3LYP方法在6-311G基组上优化了不同外电场作用下D-甘油酸分子的基态几何结构、电偶极矩和分子的总能量,并在此基础上利用含时密度泛函(TD-DFT)方法在相同基组下探讨了各电场情况下D-甘油酸分子前6个激发态的激发能、波长和振子强度与外电场大小的关系.结果表明:分子的几何构型在外电场F=0.003 a.u.时会发生明显的变化,当外电场强度F=0.003 a.u.时,分子总能量骤然下降,电偶极矩骤然上升,其紫外吸收峰也出现明显的红移.当电场继续增加时,上述指标重新回到正常水平,骤变消失.

    • 核壳结构C/TiO2复合材料的制备与微波吸收性能研究

      2019, 11(2):226-233. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.015

      摘要 (494) HTML (0) PDF 3.06 M (980) 评论 (0) 收藏

      摘要:以葡萄糖为碳源,用水热法成功制备了碳微球,再以Ti (SO42为钛源,制备了核壳结构的C/TiO2复合微球.为提高材料介电损耗,将样品在N2氛围中不同温度条件下进行了碳化.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征,用矢量网络分析仪测试了样品在2~18 GHz范围的复介电常数,并计算其反射损耗.结果表明:碳微球具有较高的微波介电损耗;碳微球与TiO2复合后,在相同层厚条件下,反射损耗峰向低频迁移;700℃和800℃碳化下的C和C/TiO2复合材料具有优良的微波吸收性能,其中C-700复合材料最小反射损耗达到-41.2 dB,低于-10 dB的最大吸收带宽达到4.5 GHz,C/Ti-700复合材料的最小反射损耗为-30.0 dB,最大吸收带宽达4.2 GHz.

    • 层次分析法和GIS技术在河南省雷电灾害风险区划中的应用

      2019, 11(2):234-240. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.016

      摘要 (597) HTML (0) PDF 2.60 M (1234) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据自然灾害风险评估理论,利用闪电定位资料、地理信息数据、社会经济数据以及雷电灾情等数据,采用层次分析法(AHP法),从致灾因子的危险性、承灾体的暴露度和承灾体的脆弱性方面,研究雷电灾害风险评估及区划方法,建立起评价指标与风险评估的定量关系,形成了河南省雷电灾害风险评估的方法.同时,结合GIS技术,形成了致灾因子危险性分布图、承灾体的暴露度分布图和承灾体的脆弱性分布图,最终叠加形成河南省雷电灾害综合风险区划图.区划结果表明:高风险区主要位于豫东和豫西北大部分地区,低风险区主要位于豫北和豫西南部分地区.

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