手指运动姿态检测及假肢手指动作实时控制

设计了一种通过实时检测手指关节弯曲角度控制假肢手指动作的实验系统.系统主要由手指运动姿态实时检测、关节角度分析、控制与驱动电路、欠驱动机电假肢手4部分组成,假肢手包含拇指、食指、中指3个独立动作的手指;利用加速度传感器ADXL330实时检测手指运动姿态信息,由DSPTMS320F2812微处理器实时检测手指关节运动的瞬时角度变化并进行PWM脉冲编码,控制步进电机运动以驱动假肢手指关节转动.并分别对加速度传感器检测手指运动和假肢手指动作实时控制进行了实验测试;实验结果表明,系统采用的加速度传感器ADXL330能实时检测手指运动姿态,利用手指关节角度信息能有效驱动假肢手指屈伸,并通过三指配合完成抓握动作.     

—种欠腱驱动的四指机械手

文章提出一种欠腱驱动的四指机械手。每个多指节手指仅用一根腱驱动手指弯曲运动,与现有多指灵巧手和欠驱动多指杆机械手相比,这种欠腱驱动的四指机械手具有结构简单、紧凑,且能减少控制的复杂性、重量和成本,并能实现多功能地抓取不同物体的能力。     

皮肤位移对人手运动图像三维检测精度的影响

为研究皮肤位移对人手运动三维图像检测精度的影响 ,对食指 -拇指对捏运动过程进行了测试、分析。并在此基础上 ,利用人手运动三维图像实时检测装置 ,进行了标定实验 ,取得了较为理想的测量效果。分析表明 :1)在进行手指一般运动分析时 ,如果在手指上选择优化的标志点粘贴位置 ,标志点族的面积和长度相对变化量小于 5 % ,皮肤位移产生的影响基本可以忽略不计 ;2 )皮肤位移对各指节测量精度影响有所不同 ,远侧指节误差较小 ,近侧指节产生的误差较大 ;3)当对捏指的屈曲角度增大 ,对捏运动周期百分比达 6 0 %时 ,皮肤位移对检测精度的影响快速增大。     

基于CFFCA的全驱动五指灵巧手抓取研究

为精确控制灵巧手对目标物体的抓取,针对灵巧手对目标物体的抓取控制实时性不高的问题,设计了全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I。分析了单根手指的正运动学与逆运动学,提出了接触力反馈控制算法( CFFCA: Contact Force Feedback Control Algorithm) ,利用压力传感器的反馈值,实时控制灵巧手和目标物体之间的接触力,并且详细描述了灵巧手的强力抓取和精确抓取两种抓取模式。在全驱动五指灵巧手试验样机DH-MN-I 上的实验证明,在两种抓取模式下该算法对两种尺寸的目标物体实现抓取控制是可行的。利用提出的接触力反馈控制算法可控制全驱动灵巧手和目标物体之间的接触力,实现灵巧手对不同大小的目标物体的稳定抓取操作,实验结果表明,该算法实时性较好,有很高的灵巧性,具有应用价值。     

高欠驱动的拟人机器人多指手

为改进清华大学研制的TH-1型拟人机器人手的传动机构,设计了一种欠驱动手指机构。该手指机构可用于拟人机器人手上,以较少的驱动器获得较多的关节自由度,同时获得较好的自适应抓取功能,降低装置对控制系统的要求。以该欠驱动手指机构为基础,设计了一种高欠驱动的拟人机器人多指手——TH-2手。研究结果表明:TH-2手具有高度拟人化、高欠驱动和高集成度,以及实时控制容易、体积小、质量轻、抓取功能较强等优点;TH-2手适合安装在拟人机器人上使用。     

仿生柔性操作器机构的研究

本文从正常人手的结构特点出发,分析了手指基本运动下各关节弯曲角之间的关系.据此,提出一种具有三个指关节的柔性操作器模型,并对其机构姿态在外力作用下或者外界约束下的变化作了定性的分析.该操作不仅能较为逼真地模拟人手的自由伸屈或抓取等动作,而且可以包络方式抓取多种外形物体并实现增力要求.另外,针对柔性操作器的结构特性,文中还对该柔性机构的综合方法进行了论述,提出了两种基本综合方法:弹性元件选择法和结构参数优化法.     

形状记忆合金驱动的软体仿生手掌

与刚性部件控制的机械手臂或者手指相比,以记忆合金丝作为驱动器的驱动部件,避免了结构复杂的刚性部件以及复杂的运动反馈控制系统,其输出力—重量比高,驱动方式简便,引起各界的关注。本文以形状记忆合金为基础,设计试验了一种形状记忆合金丝驱动的软体仿生手掌。阐述了驱动记忆合金的原理、手掌的制作原理,建立了软体仿生手掌的运动学模型,采用matlab进行了运动学仿真验证分析,通过物理试验证明记忆合金驱动的软体仿生手掌可以达到手指弯曲及实际物体抓取的效果。     

关于碱式滴定管使用的新建议

操作碱式滴定管是用拇指和食指。这种二指操作法难度大。因此,我建议用拇指、食指和中指操作。此三指能形成三点,把玻璃球牢牢控制住。这种操作法简单、方便、易学。     

Molecular machines: nanomotor rotates microscale objects

Nanomachines of the future will require molecular-scale motors that can perform work and collectively induce controlled motion of much larger objects. We have designed a synthetic, light-driven molecular motor that is embedded in a liquid-crystal film and can rotate objects placed on the film that exceed the size of the motor molecule by a factor of 10,000. The changes in shape of the motor during the rotary steps cause a remarkable rotational reorganization of the liquid-crystal film and its surface relief, which ultimately causes the rotation of submillimetre-sized particles on the film.     

四川邛崃汉族4项人类群体遗传学指标的研究

调查了四川邛崃577例(男237例,女340例)汉族中学生的4项人类群体遗传学指标.研究结果如下:(1)指甲形状男女性别之间存在显著性差异,其他3项指标男女间均不存在显著性差异.(2)邛崃汉族过伸型拇指率在我国族群中居较低水平;拇趾长率在我国族群中居较高水平;扁型指甲、环指长率在我国族群中居中等水平.(3)邛崃汉族与手足相关的4项指标间相关性较小.     

末端强力抓取的欠驱动拟人机器人手

为了实现自适应抓取效果、拟人化外观和具有末端强力抓取功能的机器人手,采用带轮传动、弹簧约束和活动套接的中部指段,设计了一种新型欠驱动手指机构。分析了该手指的强力抓取原理。由此设计了拟人机器人手——TH-3B手。TH-3B手外观、尺寸和动作模仿人手,有5个独立驱动手指、15个关节自由度、6个驱动电机,模块化程度高,结构紧凑,控制容易,质量小,成本低,对所抓物体的形状、大小自动适应,可以实现末端强力抓取,适用于拟人机器人上。     

一种基于指形中线的指形特征提取方法

指形识别是基于指形生物特征提取和匹配的人体生物特征识别技术之一．本文针对传统指形特征提取方法可能导致的伪特征提取,提出一种基于指形中线的指形方向校正、特征提取和匹配的方法．该方法能自适应地检测指形方向,较准确地提取指形特征．然后利用得到的指形特征对手形图像进行快速分类,进行手形图像的匹配和识别．实验结果表明该方法避免了提取伪特征的情况,得到了较好的正确率．     

自抗扰手指康复机器人结构及控制系统设计

手是人体最重要的部位之一,老年人由于脑卒中导致手部运动机能下降,给其生活带来了很大不便。为了帮助人们进行手部康复训练,本文提出了一种新型手指康复器,具有结构简单、训练模式多样、性价比高的优点。首先,分析了手指的生物学尺寸、运动特点以及自由度;将手指自由度合理简化,设计出了以带传动为主的机械结构;然后,进行四指运动轨迹规划、动力学分析,并用ADAMS验证了动力学的正确性;最后,针对康复器主动训练提出一种基于自抗扰控制器的恒压力控制系统,并与传统的比例-积分-微分（PID）算法做比较结合仿真分析验证自抗扰控制算法的优越性。     

Development of an underactuated prosthetic hand with the step motor

0IntroductionThe design condition of electromyography(EMG)prosthetic handis different fromthe industrial robot handmainlyinits decorative nature,weightlimit andfunction.Generally commercial prosthetic hands are basically sim-ple grippers having one or two DOF(degree of freedom),which cannot meet the needs of the users[1].In thisstudy,we developed a multi-fingered anthropomorphicrobot handfor the EMGprosthetic handto realize activityof dailyliving[2].Based on underactuated mechanism[3],andt…     

复杂背景图像中彩色人脸的检测

提出了一种在复杂背景的图像中自动检测彩色人脸的方法.该方法首先在YCrCb和HSV色彩空间进行肤色和非肤色的分割,对检测到的肤色像素在CrCb空间中进行聚类,在每一聚类中心应用形态学算子除去一些较小的背景区域,然后进行区域合并形成候选人脸区域.在候选人脸区域内应用重复阈值法得到候选眼睛对,最后采用BP神经网络进行确认.实验结果表明这种方法在复杂背景的图像中检测人脸的正确率为90%.     

仿人机械手设计与硬度感知研究

硬度作为物体的重要物理属性之一,在一定程度上影响了机械手对物体的智能抓取控制.为提高机械手自适应性、集成化和轻量化,本文设计并制作了基于3D打印技术的模块化多自由度仿人机械手.通过微型丝杠电机牵引钢丝绳运动,实现四指弯曲和拇指弯曲与侧摆.本文重点研究了仅基于电流传感器反馈的物体硬度感知策略,无需增加额外的外部传感器,弥补了大多数机械手难以直接区分物体软硬属性的缺陷.通过将该机械手与软体机械臂集成,实现了对不同硬度的软烂水果和新鲜水果的分类挑选.     

混合交通场景中的车辆检测和识别

介绍了一种城市交通流量视频检测系统及其车辆识别新算法。通过检测道路上的运动目标并利用目标的运动信息和外形特征进行车辆识别。考虑到目标的阴影会影响目标的形状特征 ,导致目标识别错误 ,提出了一种新的阴影检测算法———利用目标的灰度特征对运动目标进行阴影检测和分离。实验结果表明该系统在模拟城市混合交通环境下 ,能够克服目标阴影的影响 ,准确检测和识别车辆 ,同时能够满足实时性的要求     

湖南省凤凰县苗族5项人类学特征调查

本研究调查了湖南凤凰县苗族562例(男252例,女310例)的拇指类型、环食指长、指甲形状、足趾长、通贯纹5项人类遗传学形态特征.结果显示：（1）苗族直型拇指出现率为83.27% ,过伸型为16.73%;环指大多长于食指,环指长出现率为89.32%,食指长出现率为10.68%;扁型指甲出现率为 45.55%,非扁型指甲出现率为54.45%;拇趾长出现率为44.31%,二趾长出现率为55.69%;有通贯纹出现率(7.12%)明显低于无通贯纹出现率（92.88%）.（2）直型拇指的出现率性别间有显著差异（P<0.05）,环指长出现率在性别间有极显著差异（P<0.01）,指甲类型、足趾长和通贯纹无性别间显著差异（P>0.05）.（3）5项指标间均不存在相关关系.     

电视机遥控器的人机工程学研究

随着人机工程学在产品设计中的应用日益广泛,对产品的人性化设计成为设计领域一个新的革命。基于对人机工程学科理论的研究,以普遍使用的电视机遥控器为例,结合人体的生理学、心理学等因素,分析其设计中的造型、按键、信息显示、功能排布等方面的人机因素,并提出每个设计细节中以人为中心的设计要素,在改良电视机遥控器这一产品上迈出了重要的一步。     

Single-molecule studies of the effect of template tension on T7 DNA polymerase activity

T7 DNA polymerase catalyses DNA replication in vitro at rates of more than 100 bases per second and has a 3'-->5' exonuclease (nucleotide removing) activity at a separate active site. This enzyme possesses a 'right hand' shape which is common to most polymerases with fingers, palm and thumb domains. The rate-limiting step for replication is thought to involve a conformational change between an 'open fingers' state in which the active site samples nucleotides, and a 'closed' state in which nucleotide incorporation occurs. DNA polymerase must function as a molecular motor converting chemical energy into mechanical force as it moves over the template. Here we show, using a single-molecule assay based on the differential elasticity of single-stranded and double-stranded DNA, that mechanical force is generated during the rate-limiting step and that the motor can work against a maximum template tension of approximately 34 pN. Estimates of the mechanical and entropic work done by the enzyme show that T7 DNA polymerase organizes two template bases in the polymerization site during each catalytic cycle. We also find a force-induced 100-fold increase in exonucleolysis above 40 pN.