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目录
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 智能仿生假手的概念与系统组成
1.2.1 假手的分类与发展
1.2.2 智能仿生假手系统与组成
1.3 智能仿生假手的指尖触觉传感器的研究进展
1.3.1 压电式触觉传感器
1.3.2 压阻式触觉传感器
1.3.3 电容式触觉传感器
1.3.4 光学式触觉传感器
1.3.5 气压式触觉传感器
1.4 智能仿生假手的结构设计与优化的研究进展
1.4.1 人手的结构与简化模型
1.4.2 拇指的特殊结构与运动
1.4.3 假手四指结构设计的特点
1.4.4 假手拇指结构设计的难点
1.5 智能仿生假手的人机交互控制的研究进展
1.5.1 用于控制假手的人机交互接口的信号类型
1.5.2 基于sEMG信号的人-假手交互控制系统的鲁棒性
1.6 智能仿生假手整体系统的国内外研究现状
1.6.1 国外研究现状
1.6.2 国内研究现状
1.7 本文的主要研究内容与组织结构
2 基于单个FSR与PVDF敏感元件的指尖触觉传感器
2.1 引言
2.2 仿生指尖触觉传感器的结构设计与分析
2.2.1 设计目标
2.2.2 设计思路
2.2.3 指尖触觉传感器结构
2.2.4 信号调理电路
2.2.5 触觉传感器相关工作原理分析
2.3 触觉传感器的功能测试与实验装置
2.3.1 力加载实验装置
2.3.2 实验设计与步骤
2.4 数据处理方法
2.4.1 FSR与PVDF信号的预处理
2.4.2 FSR传感器的标定
2.4.3 PVDF信号的特征提取
2.4.4 接触点识别与纹理识别的分类器
2.5 触觉传感器的功能测试实验结果
2.5.1 FSR传感器信号的一致性
2.5.2 使用FSR传感器测量压力的准确性
2.5.3 使用PVDF传感器识别5个接触区域的平均准确率
2.5.4 使用PVDF传感器识别5种纹理的平均准确率
2.5.5 传感器工作过程总结
2.6 本章小结
3 仿生假手的结构设计与基于抓取能力的尺寸优化
3.1 引言
3.2 假手的设计需求
3.2.1 用户需求分析
3.2.2 假手的设计指标要求
3.3 假手的结构设计与分析
3.3.1 仿生假手的整体构型
3.3.2 连杆耦合型手指结构的设计
3.3.3 五关节仿生拇指的结构设计
3.3.4 假手控制电路的设计
3.3.5 假手整体结构与布局
3.4 假手的运动学分析
3.4.1 相邻关节之间的运动耦合关系分析
3.4.2 假手的正运动学
3.5 假手的抓取品质与抓取能力
3.5.1 人手的抓取姿态分析
3.5.2 指面-指面对位型抓取的抓取品质
3.5.3 假手指面-指面对位型抓取的整体抓取能力
3.6 基于抓取能力的手指连杆参数的优化设计
3.6.1 拇指与食指连杆机构的几何参数优化
3.6.2 中指、环指、以及小指连杆机构的几何参数的确定
3.6.3 手指六连杆机构的几何参数的优化结果
3.7 假手的功能与性能测试
3.7.1 假手的抓取能力
3.7.2 假手的指尖输出力
3.7.3 假手拇指的对指能力
3.7.4 假手指尖触觉传感器的灵敏度
3.8 分析与讨论
3.9 本章小结
4 基于sEMG-FMG传感器的人-假手鲁棒交互控制
4.1 引言
4.2 “硬件+算法”的系统框架介绍
4.3 基于浮动电极的混合式sEMG-FMG传感器
4.3.1 浮动电极的设计思路
4.3.2 sEMG-FMG传感器模块的设计
4.3.3 信号调理电路设计
4.3.4 数据采集电路板的设计
4.4 基于门控神经网络与状态转移模型的顺序决策算法
4.4.1 sEMG信号与FMG信号的预处理
4.4.2 基于门控循环单元网络的分类
4.4.3 基于状态转移模型的综合决策
4.5 基于sEMG-FMG传感器的手势识别与假手控制实验
4.5.1 实验设置
4.5.2 实验数据的分析与处理方法
4.5.3 实验一的结果与讨论
4.5.4 实验二的结果与讨论
4.6 本章小结
5 总结与展望
5.1 本文主要内容及结论
5.2 本文的主要创新点
5.3 展望
致谢
参考文献
答辩决议书
附录2 攻读博士学位期间取得的研究成果
附录3 公开发表的学术成果与博士学位论文的关系
附录4 攻读学位期间参加的科研项目
附录5 中英文缩写对照表