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艾灸机器人系统设计与实现 被引量:7
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作者 马蓓蓓 胡志刚 +3 位作者 时鹏 王新征 谢飞虎 宋克纳 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期214-223,共10页
传统的人工艾灸方式存在温度不均衡、耗费人力、治疗效果差异大等问题,结合机器人技术,提出一种新型艾灸机器人系统,以减轻医师的劳动强度并提高治疗效率。采用主从双边结构设计,主要由从端的艾灸器、机械臂和主端构成。通过对从端艾灸... 传统的人工艾灸方式存在温度不均衡、耗费人力、治疗效果差异大等问题,结合机器人技术,提出一种新型艾灸机器人系统,以减轻医师的劳动强度并提高治疗效率。采用主从双边结构设计,主要由从端的艾灸器、机械臂和主端构成。通过对从端艾灸器的自动推进装置、硬件电路和通信流程的改进设计,实现艾灸过程中艾条的自动推进以及温度、距离等信息的实时采集和传输。主端系统对从端传输的信息进行整合处理,并对机械臂进行轨迹规划和运动控制,以优化艾灸路径和动态调整施灸距离。此外,主端的人机交互界面能够实时显示艾灸过程中的信息和从端的工作状态,实现艾灸过程的可视化。医师可通过该可视化界面灵活调节艾灸参数和远程控制机器人进行艾灸,以满足不同的艾灸对象、环境和任务需求。实验结果表明,该艾灸机器人系统能够在真实环境中使机械臂按照自动规划的路径运行,动态调控艾条燃烧端到人体穴位的距离,保持目标穴位的温度偏差小于0.5℃,运行过程平稳,满足安全且精准的艾灸治疗要求。 展开更多
关键词 人机交互 艾灸机器人 双边控制系统 艾灸器 轨迹规划
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表面肌电信号控制的功能性电刺激康复系统研究 被引量:4
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作者 陈紫萱 胡志刚 +1 位作者 杜喆 付东辽 《机械设计与制造》 北大核心 2023年第9期268-272,共5页
针对特定肌肉动作所需电刺激参数的差异以及组合动作中刺激位置顺序的排布,研发了一套以健侧肌电信号实时触发的多通道手部电刺激康复系统,以辅助脑卒中患者更有效的完成手功能康复训练。使用STM32F103微处理器完成下位机平台搭建,设计... 针对特定肌肉动作所需电刺激参数的差异以及组合动作中刺激位置顺序的排布,研发了一套以健侧肌电信号实时触发的多通道手部电刺激康复系统,以辅助脑卒中患者更有效的完成手功能康复训练。使用STM32F103微处理器完成下位机平台搭建,设计信号采集模块对表面肌电信号进行滤波及放大、利用表面肌电信号能反映肌肉运动信息的特点,使用Matlab获取手部运动特征建立分类模型、模型通过识别运动的健侧手部,将分类后的运动标签实时反馈至电刺激模块,以刺激患侧电极产生相应动作。最后经过重复性实验得到结果:系统的平均动作识别率可以达到90.7%;而特定手部肌肉动作的触发需要不同等级的电流强度。实验结果表明系统实时性良好、运行稳定、可实现模式识别后的相应刺激动作产生。 展开更多
关键词 手功能康复 表面肌电信号 双极性电极 功能性电刺激 多通道
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人工肌肉驱动的腰部助力器设计与仿真研究
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作者 贺子骁 胡志刚 岳洋 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期111-120,共10页
目的为了帮助腰椎疾患、腰肌劳损、弯腰作业者,方法提出一种由McKibben型气动人工肌肉实现轻量化、柔性助力、穿戴舒适的腰部助力器,分析穿戴与未穿戴腰部助力器搬举重物时腰部主要肌群的肌肉力变化,验证腰部助力器的有效性。通过三维... 目的为了帮助腰椎疾患、腰肌劳损、弯腰作业者,方法提出一种由McKibben型气动人工肌肉实现轻量化、柔性助力、穿戴舒适的腰部助力器,分析穿戴与未穿戴腰部助力器搬举重物时腰部主要肌群的肌肉力变化,验证腰部助力器的有效性。通过三维动作捕捉系统和三维测力系统采集受试者在搬举过程中的运动学和动力学数据,导入腰部助力器三维模型作为驱动数据,建立人体腰部骨骼肌肉生物力学模型,利用Hill型三元素肌肉模拟McKibben型气动人工肌肉,搭建人机交互模型并进行仿真分析。通过测量重物搬举过程中腰部主要肌群的肌电信号变化,对比肌电信号曲线与肌肉力曲线趋势,验证仿真分析结果的有效性。结果实验结果表明,穿戴腰部助力器运动时主要参与作用的为竖脊肌、多裂肌和腰方肌,其中竖脊肌助力效果最为显著,助力效果达到43%。结论通过进行人机交互模型的生物力学仿真,验证了搬举重物时腰部助力器的有效性,该助力器可为护理人员和物料搬运工作者提供助力。 展开更多
关键词 腰部助力器 气动人工肌肉 AnyBody 人机交互 肌电信号
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基于面部视频的非接触式心率检测方法研究 被引量:2
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作者 曾梓琳 胡志刚 +2 位作者 尚鹏 王新征 付东辽 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2022年第S02期579-584,共6页
基于视频的非接触式面部心率检测易受到环境光和运动伪迹的干扰,检测心率结果的准确度低。针对上述问题,提出了一种集合经典模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和标准欧几里得距离相结合的自适应阈值化去噪方法,降... 基于视频的非接触式面部心率检测易受到环境光和运动伪迹的干扰,检测心率结果的准确度低。针对上述问题,提出了一种集合经典模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和标准欧几里得距离相结合的自适应阈值化去噪方法,降低了外界干扰,提高了准确度。首先从视频录制的RGB图像模型中选取绿色(G)通道像素均值作为PPG(Photo Plethysmo Graphy)信号,然后用滤波器对信号进行预处理,消除心率范围外的信号;然后将EEMD与标准欧几里得距离相结合,对固有模态函数进行阈值化处理并重构;最后用傅里叶变换进行功率谱分析来计算心率值。实验结果表明,与基于小波变换和基于自适应集合经典模态分解的方法相比,所提方法在非接触式面部心率检测去噪中有更好的稳定性和准确性,提高了心率检测的鲁棒性,适用于日常非接触式实时心率监测。 展开更多
关键词 心率检测 EEMD 欧氏距离 阈值 非接触式
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基于PDMS-PMMA材料的微流控芯片等离子体键合工艺研究 被引量:2
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作者 宋春辉 胡志刚 +2 位作者 杜喆 祖向阳 宋克纳 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期166-171,152,共7页
为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的复合式微流控芯片键合的稳定性,开展了微流控芯片等离子处理特性的时间因素的研究。利用红外光谱和扫描电镜对处理前后的PMMA进行表征,确定硅烷化等离子方法的可行性;... 为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的复合式微流控芯片键合的稳定性,开展了微流控芯片等离子处理特性的时间因素的研究。利用红外光谱和扫描电镜对处理前后的PMMA进行表征,确定硅烷化等离子方法的可行性;同时对PDMS、PMMA和硅烷化PMMA不同等离子处理时间的接触角及接触角恢复情况进行测量,采用正交试验法得到了最大键合力所需的最佳等离子处理时间以及有效操作时域,研究结果为确定微流控芯片的等离子体键合工艺参数提供借鉴。 展开更多
关键词 聚二甲基硅氧烷 聚甲基丙烯酸甲酯 键合 接触角 处理时间
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基于嵌入式ARM的微流控PCR检测系统设计 被引量:5
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作者 张帅 胡志刚 +3 位作者 杜喆 祖向阳 王新征 马蓓蓓 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第1期76-79,83,共5页
为了实现微流控设备功能的集成化、提高交互系统的可操作性,提出一种基于嵌入式ARM的微流控聚合酶链式反应(PCR)控制系统及上位机软件的设计方案。系统硬件采用多个嵌入式ARM控制器与功能模块相互协调,制定可扩展的通信机制和协议,实现... 为了实现微流控设备功能的集成化、提高交互系统的可操作性,提出一种基于嵌入式ARM的微流控聚合酶链式反应(PCR)控制系统及上位机软件的设计方案。系统硬件采用多个嵌入式ARM控制器与功能模块相互协调,制定可扩展的通信机制和协议,实现微流控PCR检测过程中的流路运动、温度控制、荧光信号采集等功能的集成控制。采用Qt结合SQLite数据库设计了上位机软件,利用多线程和节点映射,实现对硬件模块的协调控制以及检测信息存储。实验表明:该系统运行稳定,人机交互效果好,可操作性高,满足微流控PCR的集成功能需求。 展开更多
关键词 嵌入式ARM 微流控聚合酶链式反应 控制系统 上位机软件 Qt软件
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基于AnyBody脑卒中患者手部抓握训练的肌肉力学特性分析 被引量:10
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作者 赵梦文 胡志刚 +1 位作者 王新征 付东辽 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期698-704,共7页
目的建立手部抓握的骨骼肌生物力学模型并进行逆向动力学仿真,得到不同受力时手部抓握过程各参与肌肉的最大肌肉力。方法选择1名志愿者对其手部进行CT扫描,将得到的手部CT数据导入Mimics软件进行三维重建,获得各节骨模型,通过Geomagic S... 目的建立手部抓握的骨骼肌生物力学模型并进行逆向动力学仿真,得到不同受力时手部抓握过程各参与肌肉的最大肌肉力。方法选择1名志愿者对其手部进行CT扫描,将得到的手部CT数据导入Mimics软件进行三维重建,获得各节骨模型,通过Geomagic Studio重新调整模型坐标后导入AnyBody软件,建立手部骨骼运动学模型。添加参与各手指屈曲的相关肌肉,建立手部骨骼肌模型。使用该模型进行手部抓握的逆向动力学仿真。结果分别在各远节指骨上施加5~30 N不同外力后,得到各肌肉在整个运动过程中的最大肌肉力。随着力的增加,各肌肉最大肌肉力也呈线性趋势增大,如拇长屈肌的最大肌肉力从18.49 N增加到110.93 N;且在外力5 N时,手指抓握过程中拇短屈肌、拇长屈肌、拇收肌、小指短屈肌的最大肌肉力分别为7.70、18.49、9.49、8.39 N,指浅屈肌、指深屈肌在各手指运动过程的肌肉力远大于其他肌肉,对手部抓握起主要作用。结论参与手部抓握各肌肉在不同阻力时的最大肌肉力,以及主要肌肉的肌肉力与关节角度的关系,可为评价脑卒中患者手部康复效果提供指导及参考,也可为康复设备制造提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 脑卒中 骨骼肌 手部抓握训练 肌肉力 逆向动力学分析
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改进人工鱼群的ORB特征匹配算法 被引量:3
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作者 李思璇 胡志刚 +2 位作者 王新征 付东辽 祖向阳 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2022年第1期292-299,共8页
针对室内轮椅定位与地图构建中传统ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)受到特征点检测与选取策略的影响导致特征匹配正确率不理想,提出一种改进人工鱼群的ORB特征匹配算法。使用改进后的FAST检测特征点,利用改进后的人工鱼群在组合... 针对室内轮椅定位与地图构建中传统ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)受到特征点检测与选取策略的影响导致特征匹配正确率不理想,提出一种改进人工鱼群的ORB特征匹配算法。使用改进后的FAST检测特征点,利用改进后的人工鱼群在组合优化问题中具有收敛速度快且易获得最优解的特点,在图像中计算出不同特征区域,根据特征点所在区域位置赋予其相应的状态,对不同状态的特征点选择保留或去除,使用汉明距离的RANSAC算法在特征区域之间进行特征匹配。实验结果表明,改进后的FAST在图像边缘处提取到更多的图像特征,在实际环境中改进后的ORB匹配算法平均正确匹配率达到了92.7%,比传统ORB平均正确匹配率高52.3%。 展开更多
关键词 改进FAST 改进人工鱼群 提取与选取策略 特征区域
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