[发明专利]一种假肢手的拟人反射控制方法

摘要

一种假肢手的拟人反射控制方法，包括以下步骤：假肢手主模式控制器负责抓起物体；根据抓取力反馈信息判断物体是否有滑动趋势或滑动；有滑动趋势或滑动时根据抓取力信号的小波变换的细节系数信息计算滑动强度和滑动强度的变化率；根据滑动强度和滑动强度的变化率，由抓握力增量模糊估计系统计算抓握力增量；有滑动趋势或滑动时反射控制器和主模式控制器共同控制假肢手迅速、平稳抓握物体。上述假肢手的拟人反射控制方法，不仅检测滑觉信息，而且根据滑动强度和滑动强度的变化率来增加握力，同时在有滑动趋势或滑动时利用了反射控制器与主模式控制器共同控制假肢手抓握，实现了被抓物体发生迅速抓稳物体而且抓取力合适不损坏物体的效果，达到了人手抓取反射控制的迅速性和平稳性的要求。此外，还提供了一种假肢手的拟人反射控制算法。

主权项

1.一种假肢手拟人反射控制方法，其特征在于：所述假肢手的拟人控制方法包括以下步骤：1)设定假肢手在抓取物体时，抓取初始参考力为F_d，通过安装在指节的力传感器在线实时测量抓取力的大小F，设定传感器的采样频率为f，所述假肢手控制周期为T，T＝1/f；2)根据所述在线实时测量抓取力与所述抓取初始参考力的偏差e₀＝F‑F_d，通过假肢手的主模式控制器抓起物体，所述主模式控制器包括PID控制器、模糊控制器、滑模控制器；3)在时刻t＝kT时，取(k‑N+1)T～kT时间段的N的取值为16～128个力采样点组成力序列F[n]，n为1～N的整数，若k＜N‑1，则F[k]＝0；4)在时刻t，对所述力序列F[n]进行离散小波变换(DWT)，得到力序列F[n]的高频细节系数序列C_d[m]：其中m为1～N/2的整数，h[n]表示半带高频带通滤波器的冲击响应，所述小波变换母小波为Haar小波、Moret、db6小波函数；5)通过取一个合适的阈值c，当存在所述高频细节系数C_d≥c时，可判断被抓取物体在时刻t有滑动趋势或滑动，若有滑动趋势或滑动进入步骤6)，否则转入执行步骤3)；6)当所述假肢手抓取的物体受到突然干扰时，即某时刻存在所述高频细节系数C_d≥c，通过所述高频细节系数序列C_d[m]的绝对值的均值y及其变化率y_c来衡量滑动强度和滑动强度的变化率：y_c＝dy/dt＝[y_k‑y_k‑1]/T  (3)其中，所述K为所述高频细节系数序列C_d[m]的元素个数，y_k‑1和y_k分别表示当前时刻和上一个时刻的滑动强度，T为采样周期；7)将所述滑动强度y及滑动强度的变化率y_c两个输入量输入到一个抓取力增量模糊估计系统，计算得到一个输出变量抓取参考力增量ΔF_d，也就是物体受到干扰时假肢手抓稳物体需要增加的抓取力；所述抓取力增量模糊估计系统包括归一化、模糊逻辑系统和坐标变换过程，所述模糊逻辑系统包括模糊化、模糊推理、解模糊化过程，所述模糊逻辑系统输入和输出变量设为3～7个，对应模糊规则为9～49条；所述输入变量和输出变量隶属度函数采用标准三角形函数或者高斯函数；所述模糊推理采用Madamni推理机制；所述解模糊化采用重心法、最大隶属度法、加权平均法；8)被抓物体有滑动趋势或滑动时，在所述抓取初始参考力F_d的基础上增加ΔF_d，获得抓稳参考力F_d+ΔF_d；9)反射控制器采用模糊控制方法、滑模控制方法，所述反射控制器基于在线实时测量抓取力F与所述抓稳参考力F_d+ΔF_d的偏差e＝F‑(F_d+ΔF_d)，将反射控制信号u_r叠加到主模式控制信号u_m合成为假肢手的控制信号u，输入到假肢手驱动电机控制其快速加力抓稳物体，从而实现拟人反射控制的效果。