[发明专利]一种基于事件驱动机制的交互式手臂控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于事件驱动机制的交互式手臂控制方法及系统，通过采集某一自闭症患者的手部位置信号，并进行滤波和速度估计处理，得到一系列的该患者的手部位置‑时间及速度‑时间序列；判断虚拟人当前手部位置与预设的边界点位置之差是否小于设定阈值；若是，则触发一次PD控制，按照得到的一系列的该患者的手部位置‑时间及速度‑时间序列，对虚拟人的运动速度及运动轨迹进行相应的调整；若否，则虚拟人根据其预设速度及预设轨迹进行运动。本发明的有益效果是：将设计的事件驱动机制添加到PD控制器之上，使得控制方法更类人化，此外，在一定程度上提升了控制效果并且降低了信号传输量。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于事件驱动机制的交互式手臂控制方法及系统。

背景技术

传统的手臂控制方法中，控制器设计都是采用固定时间周期控制，这种方法通过调整控制参数就能够改进控制效果，但是这种方法仍存在不足：与人体本身的控制机制不相符；其次，为保证良好的控制效果，就会导致控制模型种各个模块之间的信号传输量过多，造成很大的资源消耗且需要做大量实验来确定最合适的控制参数。因此，为了使控制器模型的控制机制更加贴合人体本身的控制机制，也为了减少不必要的信号传输，提出了一种基于阈值驱动的事件驱动控制器模型。可用于消费娱乐和医疗健康领域，创造出真人的虚拟化身，进行实时的人-机运动协同游戏。在精神卫生领域，可用于自闭症和社交综合征的临床治疗，具有良好的应用前景。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于事件驱动机制的交互式手臂控制方法及系统，用于实时控制虚拟人的手臂运动，实现虚拟人与真人之间的运动协同和互动，与已有的控制方法相比，一定程度上提升了控制效果并且降低了信号传输量。一种基于事件驱动机制的交互式手臂控制方法，主要包括以下步骤：

S1：采集某人的手部位置信号，并进行滤波和速度估计处理，得到一系列的所述某人的手部位置-时间及速度-时间序列；

S2：判断虚拟人当前手部位置与预设的边界点位置之差是否小于设定阈值；若是，则到步骤S3；若否，则到步骤S4；

S3：触发一次PD控制，按照步骤S1中得到的一系列的所述某人的手部位置-时间及速度-时间序列，对虚拟人的运动速度及运动轨迹进行相应的调整；

S4：虚拟人根据其预设速度及预设轨迹进行运动。

进一步地，利用后向差分规则进行所述某人的手部位置信号的采集。

进一步地，PD控制的过程如下：

其中，是虚拟人的加速度，Δ是设定阈值，a₁,a₂,a₃均是控制参数，x,分别代表虚拟人的当前手部位置和速度，h,分别代表所述某人手部的当前位置和速度，l₁,l₂均为预设的边界点，v是虚拟人的预设速度。

一种基于事件驱动机制的交互式手臂控制系统，使虚拟人产生具有自相似特征的运动轨迹，自适应调节虚拟人的运动状态以达到人-机协同，该交互式手臂控制系统包含信号处理模块、事件触发判别模块、控制模块、末端执行器模块；

所述信号处理模块，用于采集某人的手部位置信号，并进行滤波和速度估计处理；

事件触发判别模块，用于判断虚拟人当前手部位置与预设的边界点位置之差是否小于设定阈值；

控制模块，用于对虚拟人的运动轨迹执行相应的控制和调整；

末端执行器模块，用于调整虚拟人的运动轨迹。

进一步地，所述信号处理模块包含信号采样单元、滤波单元和速度估计单元，信号采样单元，用于采集所述某人手部的位置信号；滤波单元，用于去除所述某人手部的位置信号中的干扰信号；速度估计单元，用于自主生成一系列的位置和速度信号。