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题名光纤光栅穿戴指套及手指运动监测
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作者
闫希研
冯艳
章紫微
张华
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机构
上海工程技术大学机械与汽车工程学院机器人研究所
上海大型构件智能制造机器人技术协同创新中心
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出处
《光学精密工程》
北大核心
2025年第4期497-511,共15页
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基金
国家自然科学基金(No.51665039)
上海市地方院校能力建设项目(No.61763030)。
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文摘
根据手指尺寸的不同,设计出三种规格的光纤布拉格光栅(FBG)穿戴式多关节指套,该指套可以屏蔽温度对FBG的影响。它具有良好的固定耦合性和抗蠕变的能力。建立了多关节手指运动模型;将三种指套穿戴到手指模型和志愿者1、志愿者2的手指上进行了关节运动角度标定实验;使用惯性测量单元(IMU)传感器和光纤光栅感知单元进行了人体食指、中指、环指角速度监测的对比实验;利用指套监测三种不同的手势,并结合反向传播(BP)神经网络进行了预测分析。模型食指灵敏度对比理论分析的食指灵敏度误差小于7.7%。手指模型相应关节的“正行程”和“反行程”的平均灵敏度大于5.3 pm/°,两名志愿者手指相应关节“正行程”和“反行程”的平均灵敏度大于3.8 pm/°。标定实验研究表明,该指套可以精确监测手指不同关节的运动灵敏度,且可适用于不同人群,指套装置可以屏蔽人体温度的影响。利用Bland-Altman分析方法对对比试验监测的数据进行分析,得到二者的监测结果具有一致性,证明了光纤光栅感知单元可以对食指、中指、环指的运动进行有效监测。利用指套监测手势,并利用BP神经网络对两名志愿者进行预测分析得到均方误差分别为0.00004和0.000002。综合上述实验研究表明,FBG多关节指套可以精确地监测手指各关节运动角度灵敏度和运动情况,可以利用BP神经网络对其进行预测。
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关键词
光纤布拉格光栅
穿戴式多关节指套
关节运动灵敏度
手势监测
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Keywords
optical fiber bragg grating
wearable multi-joint fingerstall
joint motion sensitivity
gesture monitoring
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分类号
TN253
[电子电信—物理电子学]
TP212
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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