申请/专利权人：北京宏信农业科技发展有限公司

申请日：2018-09-18

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109248011B

主分类号：A61F2/68

分类号：A61F2/68;G06F3/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.02.22#实质审查的生效;2019.01.22#公开

摘要：本发明公开了一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；将触觉反馈信号与压力反馈信号发送至每个预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上。该方法不需要大量的运算，每个部件配置一个cpu，所有的cpu处理的数据经过can总线连接到中央处理单元，完全利用pid控制方式复制采集到的运动轨迹，达到复制动作的目的，具有应用的多场景性与适用性。本发明还公开了基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置。

主权项：1.一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，所述方法包括：通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；将所述触觉反馈信号与所述压力反馈信号发送至每个所述预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上；预设结构为由上肢躯干与下肢躯干组成的外骨骼模型结构，所述预设结构节点为预先布置在所述预设结构上的信号采集点；每个所述预设结构节点对应一个所述处理器，所述处理器通过CAN总线电连接至中央处理单元进行数据处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上包括：在预设时间段内，通过PID控制方式根据分析处理后生成的所述压力值与预设范围内频率的所述电流电压值完成运动轨迹的复制操作；还包括：根据从远程上位机中接收的运动轨迹模拟的数据完成运动轨迹的复制操作；所述运动轨迹模拟的数据为通过采集多个外骨骼端的电信号通过神经网络训练而生成的；所述传感器的数量为多个，所述传感器为压力传感器。

全文数据：基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法和装置技术领域本发明涉及传感器技术与计算机技术领域，特别是涉及一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法和装置。背景技术现代社会残肢人数众多，他们在生活上难以自理，大部分不再受社会所重视，致使他们在身心方面都充满着痛苦。为这些残肢者安装假肢成了恢复其基本功能的重要手段，所以肌电假肢的研究及其必要。现有假肢功效质量不容乐观。其功能较差，控制灵敏度不高及准确率不令人满意。因此，肌电假肢的进一步研究对于残疾人能够进行正常的生活和更好地融入社会是非常必要的。表面肌电信号的手臂运动模式识别是肌电假肢的基础和关键，近年来随着科学技术的发展,国内外对本课题研究也逐渐深入，使得其在临床医学、运动医学、康复医学及体育运动等领域被广泛应用。国外研究现状为Gaupe首先在1975年将时间序列分析技术引入肌电信号研究。他通过对肌电信号建立ARMA模型来识别不同的肌肉动作.该方法是一种线性处理方法，其识别准确率达到了80％。Hudgins等人1993年提出了以肌电信号的一些时域指标进行动作识别和假肢控制。上个世纪末，Constable等人利用离散小波变换对表面肌电信号进行时频分析，和特征提取，这种方法仍被广泛应用。国内研究现状为张海虹等人2000年利用Pi2Sigma网络对展拳握拳、内旋、外旋四个动作进行识别,识别率在80％以上。2006年罗志增，王人成根据SEMG的频谱特性提出了一种新的特征提取方法-功率谱比值法。2010年10月，罗志增，熊静，刘志宏提出一种基于WPT和LVQ神经网络的手部动作识别方法。基于以上方法需要在控制中加入大量的运算，不具有运算的简易型与快捷性。发明内容基于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法和装置。具体的，本公开出的方案不需要大量的运算，每个部件配置一个cpu，所有的cpu处理的数据经过can总线连接到中央处理单元，完全利用pid控制方式复制采集到的运动轨迹，达到复制动作的目的。当然也可以在计算机中模拟运动轨迹发送到本设备达到根据残肢端肌电信号经过训练控制本设备的目的。需要说明的是，本设备可以是一个完整的包含上肢下肢躯干部分的外骨骼，也可以是残肢的补充部分，也就是说如果用这个设备的采集部分穿在正常人的身上，就可以让本设备的运动部分完全复制人的行动，主要应用在网络远程手术，远程安装，危险环境内的排爆，火灾救援，高空作业，维修，水下维修等方面。如果用本设备的一部分也可以应用在生产线机器人制造，遥控采矿等方面，还可以用与残疾人的功能补偿，植物人的复制运动康复等方面，具有应用的多场景性与适用性。第一方面，本发明实施例提供了一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，所述方法包括：通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；将所述触觉反馈信号与所述压力反馈信号发送至每个所述预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上。在其中一个实施例中，所述预设结构为由上肢躯干与下肢躯干组成的外骨骼模型结构，所述预设结构节点为预先布置在所述预设结构上的信号采集点。在其中一个实施例中，每个所述预设结构节点对应一个所述处理器，所述处理器通过CAN总线电连接至中央处理单元进行数据处理。在其中一个实施例中，将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上包括：在预设时间段内，通过PID控制方式根据分析处理后生成的所述压力值与预设范围内频率的所述电流电压值完成运动轨迹的复制操作。在其中一个实施例中，还包括：根据从远程上位机中接收的运动轨迹模拟的数据完成运动轨迹的复制操作。在其中一个实施例中，所述运动轨迹模拟的数据为通过采集多个外骨骼端的电信号通过神经网络训练而生成的。在其中一个实施例中，所述传感器的数量为多个，所述传感器为压力传感器。第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法。第三方面，本发明实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。第四方面，本发明实施例还提供了一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置，所述装置包括：获取模块，用于通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；分析处理模块，用于将所述触觉反馈信号与所述压力反馈信号发送至每个所述预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；控制模块，用于将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上。本发明提供的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法和装置，通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；将触觉反馈信号与压力反馈信号发送至每个预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上。该方法不需要大量的运算，每个部件配置一个cpu，所有的cpu处理的数据经过can总线连接到中央处理单元，完全利用pid控制方式复制采集到的运动轨迹，达到复制动作的目的。当然也可以在计算机中模拟运动轨迹发送到本设备达到根据残肢端肌电信号经过训练控制本设备的目的。需要说明的是，本设备可以是一个完整的包含上肢下肢躯干部分的外骨骼，也可以是残肢的补充部分，也就是说如果用这个设备的采集部分穿在正常人的身上，就可以让本设备的运动部分完全复制人的行动，主要应用在网络远程手术，远程安装，危险环境内的排爆，火灾救援，高空作业，维修，水下维修等方面。如果用本设备的一部分也可以应用在生产线机器人制造，遥控采矿等方面，还可以用与残疾人的功能补偿，植物人的复制运动康复等方面，具有应用的多场景性与适用性。附图说明图1为本发明一个实施例中的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法的步骤流程示意图；图2为本发明一个实施例中的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置的结构示意图；图3为本发明一个实施例中的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置的应用示例图；图4为本发明另一个实施例中的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置的应用示例图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法和装置的具体实施方式进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本公开涉及传感器技术与计算机技术领域，利用了传感器技术和计算机远程数据传输技术，实现了远程控制机械手臂并且利用机械手臂上的传感器实时感觉力度的反馈，利用反馈回来的数据在操作者的相应部位产生压力或一定频率的电流电压，已达到和实际操作一致的效果。如图1所示，为一个实施例中的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法的流程示意图。具体包括以下步骤：步骤102，通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号。其中，传感器的数量为多个，传感器为压力传感器。在一个实施例中，预设结构为由上肢躯干与下肢躯干组成的外骨骼模型结构，预设结构节点为预先布置在预设结构上的信号采集点。此外，每个预设结构节点对应一个处理器，处理器通过CAN总线电连接至中央处理单元进行数据处理。步骤104，将触觉反馈信号与压力反馈信号发送至每个预设结构节点上对应的处理器进行分析处理。步骤106，将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上。在一个实施例中，将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上包括：在预设时间段内，通过PID控制方式根据分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值完成运动轨迹的复制操作。此外，在一个实施例中，本公开涉及的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法还包括：根据从远程上位机中接收的运动轨迹模拟的数据完成运动轨迹的复制操作。需要说明的是，运动轨迹模拟的数据为通过采集多个外骨骼端的电信号通过神经网络训练而生成的。本发明提供的一种触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；将触觉反馈信号与压力反馈信号发送至每个预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上。该方法不需要大量的运算，每个部件配置一个cpu，所有的cpu处理的数据经过can总线连接到中央处理单元，完全利用pid控制方式复制采集到的运动轨迹，达到复制动作的目的。当然也可以在计算机中模拟运动轨迹发送到本设备达到根据残肢端肌电信号经过训练控制本设备的目的。需要说明的是，本设备可以是一个完整的包含上肢下肢躯干部分的外骨骼，也可以是残肢的补充部分，也就是说如果用这个设备的采集部分穿在正常人的身上，就可以让本设备的运动部分完全复制人的行动，主要应用在网络远程手术，远程安装，危险环境内的排爆，火灾救援，高空作业，维修，水下维修等方面。如果用本设备的一部分也可以应用在生产线机器人制造，遥控采矿等方面，还可以用与残疾人的功能补偿，植物人的复制运动康复等方面，具有应用的多场景性与适用性。基于同一发明构思，还提供了一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置。由于此装置解决问题的原理与前述一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法相似，因此，该装置的实施可以按照前述方法的具体步骤实现，重复之处不再赘述。如图2所示，为一个实施例中的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置的结构示意图。该基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置10包括：获取模块100、划分模块200、第一模型建立与训练模块300、第二模型建立与训练模块200、分析处理模块400和控制模块600。其中，获取模块200用于通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；分析处理模块400用于将触觉反馈信号与压力反馈信号发送至每个预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；控制模块600用于将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上。可以理解的是，本公开提出的方案不需要大量的运算，每个部件一个cpu，所有的cpu处理的数据经过can总线连接到中央处理单元，完全利用pid控制方式复制采集到的运动轨迹，达到复制动作的目的，当然也可以在计算机中模拟运动轨迹发送到本设备达到根据残肢端肌电信号经过训练控制本设备的目的，本设备可以是一个完整的包含上肢下肢躯干部分的外骨骼，也可以是残肢的补充部分，也就是说如果用这个设备的采集部分穿在正常人的身上，就可以让本设备的运动部分完全复制人的行动，主要应用在网络远程手术，远程安装，危险环境内的排爆，火灾救援，高空作业，维修，水下维修等方面，如果用本设备的一部分也可以应用在生产线机器人制造，遥控采矿等方面，还可以用与残疾人的功能补偿，植物人的复制运动康复等方面。为了更清楚的理解与应用本发明提出的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置，结合图3-4进行以下示例。需要说明的是，本公开的保护范围不局限以下示例。具体的，如图3所示，轴承1到5组成5轴系统，在臂展长度范围内的任意一点都在运动范围内，可以完全模拟人类手臂运行。同时采用这个方法来模拟下肢和躯干部分及手指和脚趾运行。此外，如图4所示，为加入胯部运动机构的下肢复制，可以复制胯部和腰部的动作。并且根据反馈元件可以产生触觉反映。经过训练可以达到一定的辨识度。需要说明的是，在轴承上安装有轴承编码器其精度按要求为360度360000脉冲以上，由于采用了分布式结构方案，即每个轴承所连接的部件独立复制，中央处理器只起到极限运动保护，所以减小了数据量，能够完全复制使用者的运动轨迹。可以理解为，一种内衣内衬为网格化矩阵节点每平方厘米大约在16个点到256个，利用一个处理器控制256个结点。用矩阵控制可以控制任意两点间的电位和频率，产生反馈效果。需要说明的是，检测回路为网格化矩阵结点每平方厘米大约在16个到256个。利用一个处理器采集大约256个结点，结点上连接了压力和温度传感器，同时连接了光学检验设备和角度传感器。本发明提供的一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置，首先通过获取模块通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；再通过分析处理模块将触觉反馈信号与压力反馈信号发送至每个预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；最后通过控制模块将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在预设结构节点上。该装置不需要大量的运算，每个部件配置一个cpu，所有的cpu处理的数据经过can总线连接到中央处理单元，完全利用pid控制方式复制采集到的运动轨迹，达到复制动作的目的。当然也可以在计算机中模拟运动轨迹发送到本设备达到根据残肢端肌电信号经过训练控制本设备的目的。需要说明的是，本设备可以是一个完整的包含上肢下肢躯干部分的外骨骼，也可以是残肢的补充部分，也就是说如果用这个设备的采集部分穿在正常人的身上，就可以让本设备的运动部分完全复制人的行动，主要应用在网络远程手术，远程安装，危险环境内的排爆，火灾救援，高空作业，维修，水下维修等方面。如果用本设备的一部分也可以应用在生产线机器人制造，遥控采矿等方面，还可以用与残疾人的功能补偿，植物人的复制运动康复等方面，具有应用的多场景性与适用性。本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被图1中处理器执行。本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述图1的方法。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体Read-OnlyMemory，ROM或随机存储记忆体RandomAccessMemory，RAM等。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC即A和B和C。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和或重新组合的。这些分解和或重新组合应视为本公开的等效方案。可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

权利要求：1.一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，所述方法包括：通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；将所述触觉反馈信号与所述压力反馈信号发送至每个所述预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上。2.根据权利要求1所述的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，所述预设结构为由上肢躯干与下肢躯干组成的外骨骼模型结构，所述预设结构节点为预先布置在所述预设结构上的信号采集点。3.根据权利要求1或2所述的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，每个所述预设结构节点对应一个所述处理器，所述处理器通过CAN总线电连接至中央处理单元进行数据处理。4.根据权利要求1所述的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上包括：在预设时间段内，通过PID控制方式根据分析处理后生成的所述压力值与预设范围内频率的所述电流电压值完成运动轨迹的复制操作。5.根据权利要求1所述的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，还包括：根据从远程上位机中接收的运动轨迹模拟的数据完成运动轨迹的复制操作。6.根据权利要求5所述的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，所述运动轨迹模拟的数据为通过采集多个外骨骼端的电信号通过神经网络训练而生成的。7.根据权利要求1所述的基于触觉反馈与压力反馈的动作控制方法，其特征在于，所述传感器的数量为多个，所述传感器为压力传感器。8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现所述权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现所述权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。10.一种基于触觉反馈与压力反馈的动作控制装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于通过预先布置在预设结构节点上的传感器实时获取触觉反馈信号与压力反馈信号；分析处理模块，用于将所述触觉反馈信号与所述压力反馈信号发送至每个所述预设结构节点上对应的处理器进行分析处理；控制模块，用于将分析处理后生成的压力值与预设范围内频率的电流电压值作用在所述预设结构节点上。

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