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產(chǎn)品簡(jiǎn)介PRODUCT DESCRIPTION

肌電交互系統

機器人正在從獨立進(jìn)入人機共融時(shí)代。為適應復雜場(chǎng)景下的應用需求,新型人機交互方式急需拓展。如何提升學(xué)生的學(xué)習興趣、增強人機交互實(shí)驗的趣味性?融合表面肌電信號、機械臂、靈巧手的人機交互平臺是連接理論到實(shí)踐的快速途經(jīng)。融合UI交互界面、信號處理、模式識別、機器人控制多個(gè)模塊,實(shí)現一體化平臺構建。此平臺為學(xué)生提供良好的實(shí)驗平臺,為機器人和人工智能相關(guān)課程提供開(kāi)發(fā)環(huán)境。

聯(lián)系電話(huà):13720126958 / 13387619634

現狀分析:

  • 計算機專(zhuān)業(yè):計算機相關(guān)專(zhuān)業(yè)指在開(kāi)設學(xué)科是以軟件和系統開(kāi)發(fā)方向為主的計算機相關(guān)學(xué)科,培養掌握編程語(yǔ)言和算法的實(shí)際應用能力。計算機技術(shù)具有明顯的綜合特性,它與電子工程、現代通信技術(shù)、信號處理、機器學(xué)習與人工智能、應用數學(xué)等緊密結合,培養出高水平應用型人才,發(fā)展前景良好。
  • 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè):自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是一個(gè)多學(xué)科交叉的專(zhuān)業(yè)。自動(dòng)化主要研究電子技術(shù)、自動(dòng)控制、系統工程、信息處理等方面的基本知識和技術(shù),進(jìn)行自動(dòng)化系統的分析、設計、開(kāi)發(fā)與研究,實(shí)現對各種裝置和系統的自動(dòng)控制,涉及到信號檢測、信息識別和智能控制等。例如:大廈自動(dòng)門(mén)控制系統的設計、智能機器人的設計制造、工業(yè)設備的自動(dòng)控制、智能人機交互系統的研發(fā)等。
  • 機械電子專(zhuān)業(yè):機械電子工程專(zhuān)業(yè)又稱(chēng)機電一體化專(zhuān)業(yè),是機械工程與自動(dòng)化的一種。機械電子工程專(zhuān)業(yè)包括基礎理論知識和機械設計制造方法,計算機硬件應用能力,軟件算法應用能力,能承擔各類(lèi)機電一體化產(chǎn)品和系統的設計、制造、試驗和開(kāi)發(fā)工作。

        如何構建一體化智能人機交互系統,方便開(kāi)展模式識別和機器學(xué)習等課程,增強實(shí)驗課程的趣味性和實(shí)用性,是人機交互平臺的難點(diǎn)。

設計思想:

  • 可穿戴:傳統的人機交互方式如鍵盤(pán)、鼠標等不方便攜帶,不適合便攜式人機交互。而基于表面肌電的人機交互方式通過(guò)采集人體皮膚表面的微弱的生理電信號,實(shí)現對意圖指令的解碼。肌電手環(huán)具有便攜性,可以穿戴在手臂上,便于實(shí)際場(chǎng)景中實(shí)時(shí)人機交互。
  • 智能識別:表面肌電信號是一種時(shí)變的、易受干擾的非平穩信號。如何準確的識別出人體運行意圖至關(guān)重要。通過(guò)對原始信號進(jìn)行濾波,提取時(shí)頻域統計學(xué)特征,使用人工智能算法來(lái)識別出人體的意圖,進(jìn)而控制機械臂執行預定義的動(dòng)作,并且實(shí)現人在環(huán)路的實(shí)時(shí)交互。
  • 一體化框架:該系統融合了UI交互界面、嵌入式控制器、肌電手環(huán)、機械臂系統,提供基于python語(yǔ)言的統一的框架,方便操作者的使用和二次開(kāi)發(fā)。整體方案圖如下圖1所示。


關(guān)鍵技術(shù):

      中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)沈自所)成立于1958年,長(cháng)期從事機器人、智能制造和光電信息技術(shù)相關(guān)的研究。作為中國機器人事業(yè)的搖籃,在中國機器人事業(yè)發(fā)展歷史上創(chuàng )造了二十多個(gè)第一,引領(lǐng)中國機器人技術(shù)的研究發(fā)展,解決了國家制造業(yè)發(fā)展一系列重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

      肌電交互系統的關(guān)鍵問(wèn)題是意圖解碼的準確性和穩定性。沈自所研發(fā)的智能肌電交互系統,基于python語(yǔ)言實(shí)現UI交互界面、信號采集和處理、機器人控制的一體化平臺構建,方便使用機器學(xué)習方法進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),為模式識別、信號處理等課程的相關(guān)實(shí)驗奠定了良好的基礎。為了加速計算機和人工智能等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎理論和實(shí)際應用的方面人才的培養提供助力。


產(chǎn)品特點(diǎn)

PRODUCT FEATURES

      肌電交互系統以肌電假手、二至七自由度機械臂、外骨骼以及智能假肢等機器人為被控對象,并配備簡(jiǎn)潔的人機交互界面。采用模塊化設計理念,具有理實(shí)一體、操作簡(jiǎn)單、趣味性強、易于擴展等特點(diǎn),極大的提高師生的參與程度,為實(shí)驗室建設提供多用途、層次豐富、省空間、安全易用、易于擴展的肌電交互系統。

  • 理實(shí)一體

      平臺以手勢識別與交互為目的,主要流程包括信號產(chǎn)生、信號采集、信號預處理、特征提取和模式識別,離線(xiàn)訓練的模型用于在線(xiàn)的控制決策上,實(shí)現對機器人的控制,從實(shí)踐中一步一步加深對肌電識別原理的理解。以交互平臺為擴展,支持機械臂、肌電假手、外骨骼、智能假肢等多樣化機器人控制。以項目開(kāi)發(fā)為驅動(dòng),強化肌電交互系統的實(shí)踐性、實(shí)用性和通用性。結合學(xué)生興趣愛(ài)好,選擇合適的交互被控對象,開(kāi)發(fā)肌電交互小游戲,使學(xué)生達到理論聯(lián)系實(shí)際、活學(xué)活用的培養目標。



      平臺配備有簡(jiǎn)潔的人機交互界面,肌電信號采集、預處理、離線(xiàn)訓練、在線(xiàn)識別通過(guò)點(diǎn)擊界面對應按鈕即能實(shí)現。肌電采集時(shí)會(huì )顯示動(dòng)作教學(xué)圖片,指導使用者做出相應的動(dòng)作,并且界面還具備顯示肌電信號的功能,供使用者直觀(guān)感受肌電采集過(guò)程。




  • 趣味性強

      為了增加同學(xué)們的學(xué)習興趣,肌電交互平臺配備了肌電控制抓取以及剪刀石頭布等互動(dòng)游戲。其中肌電控制抓取指通過(guò)自身肌電信號控制一個(gè)六自由度機械臂和肌電假手對物品進(jìn)行抓取與擺放,與工業(yè)生產(chǎn)中設定軌跡不同的是,此處的抓取與擺放過(guò)程完全由自身控制,使同學(xué)們時(shí)時(shí)刻刻都能感受到操控的樂(lè )趣。石頭剪刀布游戲是通過(guò)肌電交互系統模仿現實(shí)生活中的游戲場(chǎng)景,同學(xué)可以通過(guò)石頭剪刀布和肌電假手進(jìn)行實(shí)時(shí)的互動(dòng),增強同學(xué)通過(guò)肌電交互的體驗。



  • 易于擴展

      在肌電交互系統中,被控對象可以是各式各樣的機器人。目前我們支持二到七自由度的全球主流機械臂(包括ABB、KUKA、UR、Fanuc、愛(ài)普生、Yaskawa、大象等等)或自主研發(fā)的機械臂、肌電假手、智能假肢、外骨骼等等,可按需進(jìn)行選擇。以及支持在各系統操作,比如Windows、Linux、Mac等。并支持肌電融合視覺(jué)、觸覺(jué)進(jìn)行交互式開(kāi)發(fā)。


實(shí)驗內容

PRODUCT FEATURES

模式識別

基礎實(shí)驗:


高級實(shí)驗:



sEMG信號處理:


科研方向

  • 抓取與擺放

      通過(guò)識別肌電信號,操控假手以及機械臂配合來(lái)達到抓取以及擺放物品的目的.如下圖14:


  • 開(kāi)發(fā)肌電互動(dòng)小游戲

      通過(guò)肌電交互系統模仿現實(shí)生活中的游戲場(chǎng)景,開(kāi)發(fā)一些互動(dòng)小游戲,比如石頭剪刀布等




  • 用于醫療康復領(lǐng)域

      比如通過(guò)患者的肌電信號控制智能假肢運動(dòng),來(lái)達到患者操控假肢的目的,具體原理如下圖所示








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