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An Optimization System for Intent Recognition Based on an Improved KNN Algorithm with Minimal Feature Set for Powered Knee Prosthesis
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作者 Yao Zhang Xu Wang +6 位作者 Haohua Xiu Lei Ren Yang Han Yongxin Ma Wei Chen Guowu Wei Luquan Ren 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第6期2619-2632,共14页
In this article,a new optimization system that uses few features to recognize locomotion with high classification accuracy is proposed.The optimization system consists of three parts.First,the features of the mixed me... In this article,a new optimization system that uses few features to recognize locomotion with high classification accuracy is proposed.The optimization system consists of three parts.First,the features of the mixed mechanical signal data are extracted from each analysis window of 200 ms after each foot contact event.Then,the Binary version of the hybrid Gray Wolf Optimization and Particle Swarm Optimization(BGWOPSO)algorithm is used to select features.And,the selected features are optimized and assigned different weights by the Biogeography-Based Optimization(BBO)algorithm.Finally,an improved K-Nearest Neighbor(KNN)classifier is employed for intention recognition.This classifier has the advantages of high accuracy,few parameters as well as low memory burden.Based on data from eight patients with transfemoral amputations,the optimization system is evaluated.The numerical results indicate that the proposed model can recognize nine daily locomotion modes(i.e.,low-,mid-,and fast-speed level-ground walking,ramp ascent/decent,stair ascent/descent,and sit/stand)by only seven features,with an accuracy of 96.66%±0.68%.As for real-time prediction on a powered knee prosthesis,the shortest prediction time is only 9.8 ms.These promising results reveal the potential of intention recognition based on the proposed system for high-level control of the prosthetic knee. 展开更多
关键词 Intent recognition K-Nearest Neighbor algorithm powered knee prosthesis Locomotion mode classification
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基于SVM-RFE的动力下肢假肢运动模式识别
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作者 韩松均 王志明 +1 位作者 寇旭 魏纪宗 《工业控制计算机》 2023年第8期77-79,共3页
下肢运动模式识别是动力型假肢控制系统最重要的一部分,为了充分利用截肢者大腿残肢运动信息和地形坡度信息,通过安装在残肢接受腔和足面的IMU以及足底压力传感器构成识别信号源,从中提取时域特征值用于运动模式识别。通过构建层次SVM... 下肢运动模式识别是动力型假肢控制系统最重要的一部分,为了充分利用截肢者大腿残肢运动信息和地形坡度信息,通过安装在残肢接受腔和足面的IMU以及足底压力传感器构成识别信号源,从中提取时域特征值用于运动模式识别。通过构建层次SVM识别模型,并采用RFE算法对子分类器选择合适特征,最终完成对于平地行走、上楼梯、下楼梯、上斜坡、下斜坡五种步态模式的识别。实验结果表明,该方法的识别准确率达到了99.5%,因此基于SVM-RFE的动力下肢假肢运动模式识别方法是有效可行的。 展开更多
关键词 动力下肢假肢 步态模式识别 支持向量机
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A New Cochlear Prosthetic System with an Implanted DSP 被引量:2
3
作者 麦宋平 张春 +1 位作者 晁军 王志华 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1745-1752,共8页
This paper proposes a cochlear prosthetic system with an implanted digital signal processor (DSP). This system transmits voice-band signals with a low data rate through the wireless link, free of the data-rate limit... This paper proposes a cochlear prosthetic system with an implanted digital signal processor (DSP). This system transmits voice-band signals with a low data rate through the wireless link, free of the data-rate limitation and suitable for future development. By optimizing the speech processing algorithm and the DSP hardware design, the implanted DSP manages to execute the continuous interleaved sampling (CIS) algorithm at a clock frequency of 3MHz and a power consumption of only 1.91mW. With an analytic power-transmission efficiency of the wireless inductive link (40%), the power overhead caused by the implanted DSP is derived as 2.87roW,which is trivial when compared with the power consumption of existing cochlear prosthetic systems (tens of milliwatts). With the DSP implanted,this new system can.be easily developed into a fully implanted cochlear prosthesis. 展开更多
关键词 cochlear prosthesis low power algorithm optimization digital signal processor power-transmission efficiency
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面向人机融合的智能动力下肢假肢研究现状与挑战 被引量:37
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作者 王启宁 郑恩昊 +1 位作者 陈保君 麦金耿 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期1780-1793,共14页
智能动力下肢假肢在残疾人生活中起着越来越重要的作用.解决人-智能假肢-环境融合中的关键科学问题是实现假肢穿戴者安全、流畅运动的必要条件.本文针对此问题,综述了面向人机融合的智能动力下肢假肢研究,包括智能动力下肢假肢的仿生结... 智能动力下肢假肢在残疾人生活中起着越来越重要的作用.解决人-智能假肢-环境融合中的关键科学问题是实现假肢穿戴者安全、流畅运动的必要条件.本文针对此问题,综述了面向人机融合的智能动力下肢假肢研究,包括智能动力下肢假肢的仿生结构和控制方法、人体运动意图识别、复杂环境下的人-智能假肢融合、以及用于下肢假肢的感知替代和反馈,深入探讨了智能动力下肢假肢人机融合研究中所面临的挑战和问题,最后,本文对该领域的未来发展方向进行了展望和总结. 展开更多
关键词 智能动力下肢假肢 人机融合 运动意图识别 感知替代
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主动式踝关节假肢的位置伺服系统研究 被引量:7
5
作者 陈静 邱长青 +1 位作者 刘洋 徐桂敏 《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》 CAS 2009年第2期220-222,共3页
根据人体脚踝的运动特性,设计了具有位置、速度和电流反馈的闭环控制的主动式踝关节假肢的位置伺服系统,为身体前进提供足够的能量,以实现步态轨迹,并在控制系统的位置环引入Fuzzy-PID控制策略。仿真结果表明,Fuzzy-PID控制器用于主动... 根据人体脚踝的运动特性,设计了具有位置、速度和电流反馈的闭环控制的主动式踝关节假肢的位置伺服系统,为身体前进提供足够的能量,以实现步态轨迹,并在控制系统的位置环引入Fuzzy-PID控制策略。仿真结果表明,Fuzzy-PID控制器用于主动式踝关节假肢位置伺服系统具有很好的智能性、鲁棒性、快速性和准确性,可以有效地用于主动式踝关节假肢的行走控制。 展开更多
关键词 主动式踝关节假肢 位置伺服控制 Fuzzy—PID
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主动式踝关节假肢运动轨迹的迭代学习控制 被引量:7
6
作者 陈静 刘洋 +1 位作者 邱长青 徐桂敏 《计算技术与自动化》 2008年第4期69-71,共3页
根据肢体运动轨迹的重复特性,提出主动式踝关节假肢运动轨迹的迭代学习控制方法,解决行走过程中主动式踝关节假肢与正常肢体运动轨迹的差异性。在设计主动式踝关节假肢的结构并建立其数学模型基础上,通过Matlab/Sinmulink进行仿真,其结... 根据肢体运动轨迹的重复特性,提出主动式踝关节假肢运动轨迹的迭代学习控制方法,解决行走过程中主动式踝关节假肢与正常肢体运动轨迹的差异性。在设计主动式踝关节假肢的结构并建立其数学模型基础上,通过Matlab/Sinmulink进行仿真,其结果表明该方法能够使假肢快速跟踪期望运动轨迹,达到与正常肢体运动轨迹的匹配。 展开更多
关键词 主动式踝关节假肢 迭代学习控制 运动轨迹
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仿生智能假肢的研究与进展 被引量:26
7
作者 王人成 金德闻 《中国医疗器械信息》 2009年第1期3-5,共3页
本文以多自由度假手、智能膝关节和骨整合假肢为主,介绍了最近几年仿生智能假肢技术的研究与发展,并讨论了今后假肢技术发展中值得关注的问题。
关键词 智能假肢 多指多自由度假手 假肢膝关节 动力假肢
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应用二维激光雷达的地形识别系统设计 被引量:1
8
作者 张燕 赵会民 +1 位作者 刘作军 杨鹏 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期144-151,共8页
动力型下肢假肢的主要功能是帮助截肢患者实现独立自如的行走,为了使假肢能够配合用户的运动,需要对用户的运动意图进行识别。通过提前获知用户前方环境信息,将其作为运动意图识别的先验知识,可以提高运动意图的识别精度。为了给动力型... 动力型下肢假肢的主要功能是帮助截肢患者实现独立自如的行走,为了使假肢能够配合用户的运动,需要对用户的运动意图进行识别。通过提前获知用户前方环境信息,将其作为运动意图识别的先验知识,可以提高运动意图的识别精度。为了给动力型下肢假肢提供前方环境信息,设计了一种可穿戴的地形识别系统。首先通过安装在人体腰部的二维激光雷达收集前方地形数据,然后利用凝聚分层聚类算法对采集的数据进行线性特征提取,最后利用有限状态自动机对前方地形进行识别。实验中,对平地过渡到上/下斜坡、上/下楼梯四种地形进行了测试。结果表明,该系统不仅对四种地形的识别精度达到了95.8%,还可以计算出传统的运动意图识别方法无法得到的地形参数信息,包括斜坡的坡度、楼梯的阶数和台阶的高度与宽度。这证明了将该系统应用于动力型下肢假肢的有效性和可行性。 展开更多
关键词 动力型下肢假肢 二维激光雷达 凝聚分层聚类 线性特征提取 有限状态自动机
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HXL—1000型牙用自攻自断螺纹固位钉固位牢度实验研究 被引量:2
9
作者 金镂芳 刘又南 《口腔材料器械杂志》 1994年第1期12-13,45,共3页
本文根据HXL-1000型牙用自攻自断螺纹固位钉临床应用中所遇到的固位强度问题,设计研究固位钉固位牢度测试系统,用该系统对三组牙体固位钉进行了钉体拉出实验研究。测试分析结果表明,直径φ=0.7mm钉体的拉断力均大于钉体在牙本质中握裹... 本文根据HXL-1000型牙用自攻自断螺纹固位钉临床应用中所遇到的固位强度问题,设计研究固位钉固位牢度测试系统,用该系统对三组牙体固位钉进行了钉体拉出实验研究。测试分析结果表明,直径φ=0.7mm钉体的拉断力均大于钉体在牙本质中握裹力。钉体在牙本质中拉出的力在67牛顿至222牛顿范围内,平均为142牛顿。部分牙体试件受拉时牙体碎断而破坏,只得到最大拉断力,说明钉体的抗拉出力一定大于牙体碎断时的最大拉力。 展开更多
关键词 固位钉 牙体 实验研究 临床应用 牙本质 设计研究 牛顿 牢度 测试分析 拉力
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射频供能的CMOS视网膜修复微芯片
10
作者 孙康明 袁祥辉 孟丽娅 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期213-217,共5页
提出了一种用于视网膜修复的电路,它由射频能量处理单元和光控振荡阵列构成。能量处理单元将谐振感应的射频能量信号处理成光控振荡阵列所需的1.8V、3mA直流电源,电压敏感系数为6mV/V。光控振荡阵列是整个电路的核心。该阵列每个像元都... 提出了一种用于视网膜修复的电路,它由射频能量处理单元和光控振荡阵列构成。能量处理单元将谐振感应的射频能量信号处理成光控振荡阵列所需的1.8V、3mA直流电源,电压敏感系数为6mV/V。光控振荡阵列是整个电路的核心。该阵列每个像元都是一个独立的振荡单元,其输出信号的频率与入射光强度成比例,且在电路的动态范围内,输出信号脉宽始终保持恒定。在标准0.6μmCMOS工艺下完成了电路的设计和流片。测试结果表明,本文提出的视网膜修复电路具有动态范围大(约72dB)、功耗小(1.6~3.3μW/pixel)和像元面积小(约2500μm2)等优点,适合用于视网膜修复。 展开更多
关键词 射频供能 视网膜修复 动态范围 线性稳压器
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主动型膝上假肢的自抗扰控制研究
11
作者 张燕 李雪菲 +1 位作者 张浩淼 杨鹏 《郑州大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2018年第4期87-93,共7页
为解决结构复杂的主动型膝上假肢所受内外扰动问题,将自抗扰控制应用到假肢控制中.分析了下肢运动特点,应用曲线拟合的系统辨识方法得到下肢动力学模型,并对假肢的结构进行了分析研究.在此基础上,设计了适用于主动型膝上假肢的自抗扰控... 为解决结构复杂的主动型膝上假肢所受内外扰动问题,将自抗扰控制应用到假肢控制中.分析了下肢运动特点,应用曲线拟合的系统辨识方法得到下肢动力学模型,并对假肢的结构进行了分析研究.在此基础上,设计了适用于主动型膝上假肢的自抗扰控制方法,由跟踪微分器、扩张状态观测器、误差反馈控制器以及扰动补偿过程4个环节构成.对所设计的自抗扰控制策略利用Adams和Matlab软件进行了联合仿真测试,仿真结果表明,这种自抗扰控制策略具有较好的控制效果,能够使残疾人恢复行走能力. 展开更多
关键词 主动型假肢 自抗扰控制 运动仿真
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基于电液直驱的动力踝足假肢对行走步态的影响
12
作者 黄其涛 李博文 刘华健 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1527-1534,共8页
针对传统被动式踝足假肢不具备主动出力功能,不能很好地满足下肢截肢患者需求的问题,本文提出了一种基于电液直驱系统的全主动液压驱动踝足假肢系统,并研究其对于下肢截肢患者行走步态的影响。该系统采用无刷直流伺服电机、双向齿轮泵... 针对传统被动式踝足假肢不具备主动出力功能,不能很好地满足下肢截肢患者需求的问题,本文提出了一种基于电液直驱系统的全主动液压驱动踝足假肢系统,并研究其对于下肢截肢患者行走步态的影响。该系统采用无刷直流伺服电机、双向齿轮泵、液压缸作为核心驱动部件,通过基于神经肌肉模型的前馈控制器实时拟合踝关节阻抗特性,实现踝关节的主动柔顺和主动出力功能。仿真结果表明:与传统被动假肢相比,该系统可以很好地拟合人体踝关节的动态特性,能够在行走过程中提供合适的缓冲和动力,能够有效地改善截肢患者的行走步态。 展开更多
关键词 动力踝足假肢 电液直驱系统 神经肌肉模型 阻抗控制 行走步态
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视觉假体中无线能量和数据传输的设计及优化 被引量:2
13
作者 雷旭平 吴开杰 +1 位作者 赵磊 柴新禹 《中国医疗器械杂志》 CAS 2013年第6期427-431,共5页
提高视觉假体的空间分辨率是增强假体植入者视觉感受的直接有效的方法。然而随着假体装置可植入电极数目的增加,假体装置的功耗也大幅增长。针对这种发展趋势,视觉假体需要实现大功率、高效率的无线能量传输和高速率的数据传输。该文回... 提高视觉假体的空间分辨率是增强假体植入者视觉感受的直接有效的方法。然而随着假体装置可植入电极数目的增加,假体装置的功耗也大幅增长。针对这种发展趋势,视觉假体需要实现大功率、高效率的无线能量传输和高速率的数据传输。该文回顾了视觉假体无线传输研究的现状和面临的挑战,分析了其工作原理和设计要求,进而针对其特点分别介绍了能量传输和数据传输的设计方法。 展开更多
关键词 视觉假体 无线传输 E类功率放大器 双频系统
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视觉假体中基于E类功率放大电路的无线能量与数据传输 被引量:1
14
作者 刘博 吴开杰 +1 位作者 吴小贝 柴新禹 《中国医疗器械杂志》 CAS 2011年第4期239-242,245,共5页
介绍了一种基于E类功率放大电路的无线传输装置,通过电磁耦合的方式,为人工视觉假体的体内装置传输能量与数据。该装置采用调制深度为25%、载波频率为10MHz的幅移键控调制,通过一对耦合线圈同时传输能量与数据,减小了装置的体积,提高了... 介绍了一种基于E类功率放大电路的无线传输装置,通过电磁耦合的方式,为人工视觉假体的体内装置传输能量与数据。该装置采用调制深度为25%、载波频率为10MHz的幅移键控调制,通过一对耦合线圈同时传输能量与数据,减小了装置的体积,提高了可植入性。实验表明,该装置能同时为16通道微刺激器提供足够的能量,同时不归零码的传输速率可达到2Mbps。 展开更多
关键词 E类功率放大电路 ASK调制 能量与数据无线传输 视觉假体
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Design and Control of a Pneumatically Actuated Transtibial Prosthesis 被引量:1
15
作者 Hao Zheng Xiangrong Shen 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2015年第2期217-226,共10页
This paper presents the design and control of a pneumatically actuated transtibial prosthesis, which utilizes a pneumatic cylinder-type actuator to power the prosthetic ankle joint to support the user's locomotion. T... This paper presents the design and control of a pneumatically actuated transtibial prosthesis, which utilizes a pneumatic cylinder-type actuator to power the prosthetic ankle joint to support the user's locomotion. The pneumatic actuator has multiple advantages over the traditional electric motor, such as light weight, low cost, and high power-to-weight ratio. The objective of this work is to develop a compact and lightweight transtibial prosthesis, leveraging the multiple advantages provided by this highly competitive actuator. In this paper, the design details of the prosthesis are described, including the determination of performance specifications, the layout of the actuation mechanism, and the calculation of the torque capacity. Through the authors' design calculation, the prosthesis is able to provide sufficient range of motion and torque capacity to support the lo- comotion of a 75 Kg individual. The controller design is also described, including the underlying biomechanical analysis and the formulation of the finite-state impedance controller. The testing results of human subject indicate that the prosthesis is able to generate a natural walking gait and sufficient power output for its amputee user. 展开更多
关键词 lower limb prosthesis powered prosthesis rehabilitation robotics assistive robotic devices
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智能助力型髋离断假肢设计与实验验证
16
作者 罗华福 罗胜利 +3 位作者 朱禾祥 疏小龙 汪晓铭 喻洪流 《国际生物医学工程杂志》 CAS 2024年第2期108-114,共7页
目的设计一种新型智能助力型髋离断假肢,并采用实验验证其运动学表现。方法采用基于远程运动中心机构的双平行四连杆构型设计假肢主体,采用串联弹性驱动器为假肢提供外源动力,并采用拮抗扭簧结构实现髋关节屈曲和伸展双向储能助力。建... 目的设计一种新型智能助力型髋离断假肢,并采用实验验证其运动学表现。方法采用基于远程运动中心机构的双平行四连杆构型设计假肢主体,采用串联弹性驱动器为假肢提供外源动力,并采用拮抗扭簧结构实现髋关节屈曲和伸展双向储能助力。建立了基于阻抗控制的假肢控制系统方案,通过设置辅助力场以弥补假肢关节实际角度与目标角度之间的偏差,进而实现假肢助力功能。最后以传统型髋离断假肢为对照,测试正常人穿戴新型智能助力型髋离断假肢的整体性能。结果新型智能助力型髋离断假肢的髋关节角度曲线与正常人的拟合优度为86%,比传统型髋离断假肢(72%)高出14%;新型智能助力型髋离断假肢的健侧角度与正常人的的拟合优度为94%,与传统型髋离断假肢持平。结论设计了一种新型智能助力型髋离断假肢,实现了假肢辅助运动的功能。 展开更多
关键词 假肢 智能助力型 髋离断 串联弹性驱动器 扭簧
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假肢穿戴者跌倒预警系统设计 被引量:4
17
作者 陈国兴 刘作军 +1 位作者 陈玲玲 杨鹏 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期294-297,共4页
将假肢穿戴者主要跌倒情形分为绊倒与滑倒两大类,对可能作为假肢穿戴者跌倒预警的潜在数据源进行提取,参考人体运动学,排除掉不能作为预警的数据源,设计了跌倒预警系统的结构,运用支持向量机的原理,并结合采集到的有效数据,训练得出相... 将假肢穿戴者主要跌倒情形分为绊倒与滑倒两大类,对可能作为假肢穿戴者跌倒预警的潜在数据源进行提取,参考人体运动学,排除掉不能作为预警的数据源,设计了跌倒预警系统的结构,运用支持向量机的原理,并结合采集到的有效数据,训练得出相对应的判别式,将其嵌入跌倒预警系统中.该方法可以保证在患者跌倒之前发出警告信号,使得动力型假肢有足够时间完成保护动作.分别进行绊倒与滑倒实验,结果表明应用此系统的平均预警正确率可达97%. 展开更多
关键词 支持向量机 人体运动学 预警系统 跌倒 动力型假肢
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面向速度适应的动力小腿假肢蹬地时刻在线识别 被引量:2
18
作者 许东方 冯仰刚 +1 位作者 麦金耿 王启宁 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1321-1330,共10页
本文开展了针对残疾人穿戴动力假肢行走时蹬地时刻的在线识别及面向速度的适应性问题研究.实验中,残疾人被试穿戴我们自主设计的智能动力小腿假肢.该动力假肢通过角度传感器测量踝关节角度,利用角度传感器信号可以将运动划分为两个模式... 本文开展了针对残疾人穿戴动力假肢行走时蹬地时刻的在线识别及面向速度的适应性问题研究.实验中,残疾人被试穿戴我们自主设计的智能动力小腿假肢.该动力假肢通过角度传感器测量踝关节角度,利用角度传感器信号可以将运动划分为两个模式(模式转换时刻即为蹬地时刻).两个惯性测量单元和一套电容传感系统被用来识别这两种运动模式及蹬地时刻.实验中,我们首先采集了被试穿戴动力假肢在0.9 m/s速度下行走的数据进行模型训练,然后基于此模型研究在不同速度下(0.7, 0.9, 1.1 m/s三种情况)对蹬地时刻的在线识别效果.结果如下:首先,在不同的速度下,针对两种模式的在线识别分别取得了97.59%, 98.17%, 93.39%的准确率;其次,我们发现,在三种速度下行走的每一步均可以正确识别出蹬地时刻,识别出的蹬地时刻与准确的蹬地时刻之间存在时延,通过对时延的统计分析,结果表明三种速度下的识别时延统计结果相应为1.5±8.75 ms,–12.38±5.39 ms,–29.52±15.64 ms.结合识别准确率与时延分析,可以得出结论:本文提出的在线模式识别方法识别蹬地时刻,具有准确率高、延时短的特点,同时显示出良好的速度适应性. 展开更多
关键词 速度适应性 动力小腿假肢 蹬地时刻 在线识别
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