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译文:基于Arduino控制的伺服系统的机械手运动
JerryGZ 2018-4-21 13:42
原文: Nicholas Bonini,Nithya Iyer ,David Kim, Katherine Mathison,Lauren Wellons.Robotic Hand in Motion Using Arduino-Controlled Servos. http://www.soe.rutgers.edu/sites/default/files/imce/pdfs/gset-2014/Robotic%20Hand%20in%20Motion%20Final%20Paper.pdf.New Jersey Governor’s School of Engineering and Technology 2014. 译者:华南理工大学 任锦荣同学 译 文: 摘要: 截肢患者常因为他们不能很好的使用他们的四肢而遭受心理和生理上的困难。为了帮助截肢者,在可行的成本前提下获得具有同样功能的假手。研发了一种基于原型假肢的 Flexy Hand ,这是一个 3D 打印的手模型,它包含 Arduino 开源微处理器。为了避免昂贵的和令人沮丧的肌电控制假肢方法,可以通过一个 Android 智能手机应用程序允许用户选择一个手势来操纵假肢。手机发送该信息到 Arduino ,由此单独驱动每根手指。这种假肢结构简单,材料成本低廉,以及结合了常用设备如智能手机,可以使残疾人轻松获得新的假肢。 1. 介绍 随着消费者级 3D 打印机的普及, 3D 打印的假肢逐渐流行,同时这些假肢的实际应用也在增加。随着网络开源资料的发展,现在人们可以在几分钟内免费下载可打印的手模型,例如 Thingiverse 这个免费开源的 3D 模型网站。 与传统那种耗费数万美元而且很多人根本负担不起的假肢相反 ,对于大多数人来说,这些替代的假肢是一个相对廉价的选择。对于现代消费者,这些替代品不仅便宜而且假肢的功能更为有效,同时能更加快速的实现用户的个性化定制。 除了成本外,高级假肢的另一个普遍问题是易于控制。在假肢使用中最常见的控制系统是肌电信号,这种技术是将设备附着在截肢患者的前臂的剩余肌肉 ,通过设备读取电信号,再通过假肢来实现功能。且不说那些没有任何具备功能的前臂肌肉,就连那些有着完整的前臂肌肉也可以使用这种方法,但是这种方法非常难以使用而且精度不高 。因此,开发易于组装而且可以通过非专业性设备如手机来控制的假肢是非常关键的,而 3D 打印假肢能达到以上要求,而且基于智能手机的控制比传统的肌电或运动传感控制系统更便于携带和使用。 此外,在过去几年里,消费级的机械手从功能和表现方面已经取得明显的进步。 3D 打印行业的发展已经促使世界各地使用者的设计出众多的模拟手,同时大家可以在线访问。 3D 打印的假肢更具优势的,它们对于儿童和青少年来说是更为理想的假肢。因为当当一只手变得太小时,可以容易地以较大尺寸打印一只新的手并重新集成到控制系统中 。 2. 背景 2.1 3D 打印 Makerbot Replicator 采用了丝状材料选择性熔覆( FDM )的技术,该技术涉及使用高级热塑性塑料构建层状部件 。要打印 3D 模型时,必须将设计的 STL 文件导出到打印机软件中。然后 Makerbot 会创建 g 代码以确定塑料挤出机的移动路径。挤出机是打印机的移动头,首先熔化长丝,然后将熔融热塑性塑料沉积成薄层,直到模型完全印刷。根据需要, 3D 打印机将为设计的模型提供脚手架作为支撑,完成后很容易去除这些支撑架 。 图 1 Makerbot Replicator 3D 打印机 消费级打印中最常用的细丝是丙烯腈丁二烯苯乙烯( ABS )和聚乳酸( PLA )热塑性塑料。 每种塑料丝状物都有其独特的特性,适用于不同的用途。 虽然 ABS 比 PLA 更坚韧,更灵活,但由于塑料的特性, ABS 需要加热床以防止外层卷曲或翘曲 ; 这保证了热量均匀分布到外层和内层。 然而, PLA 不需要加热床,并且对诸如会溶解 ABS 长丝的丙酮等物质更具抗溶解性。 2.2 Arduino Arduino 是一个开源的微控制器品牌,常用于家庭以及自己动手的电子产品 ,它可以用 C 语言编程, Arduino 网站包含用于编程器件的软件,网站还有一系列简单的在线教程,方便用户上手。各种电子元件可以通过面包板(又称万用线路板)连接作为代码的输入和输出,这使得 Arduinos 非常灵活。 Arduino 微控制器非常直观,价格便宜,并且易于使用 ,这三个因素对于方便易用的假肢具有至关重要的作用。 2.3 伺服系统 舵机具有尺寸小但功率大的特点,适用于玩具直升机到机器人等众多产品。伺服系统由三个基本部分组成:电动机,连接输出轴的反馈电位计和控制器。这允许舵机通过跟踪其当前角度位置而旋转到特定角度。舵机通过脉宽调制( PWM )进行控制,根据发送信号的占空比,电机将轴对准特定角度。这种旋转到某个位置而不是以一定的速度旋转的能力,使得舵机在假肢装置中非常有用,因为这消除时间变量以进行非常精确的移动。普通的直流电机需要以特定的速度运行电机一定的时间以获得距离,而舵机可以直接选择一个位置 。 2.4 蓝牙 使用低功率无线电波,蓝牙可以同时连接多达 8 个设备 。由于其强大的连接性,该技术优于其他无线通信技术,如红外网络。蓝牙设备发出非常微弱的信号,防止对其他系统的干扰。虽然这将范围限制在 10 米左右,但它为键盘,电脑,鼠标或桌面式打印机提供了足够的范围。此外,弱信号传输降低了功耗,并且不需要连接设备之间的直接对视,从而允许用户与第二个设备保持独立的空间,同时仍然保留全部功能 。 2.5 Android 应用 麻省理工学院( MIT )的 App Inventor 是开发应用程序来控制手的最理想的平台。这个平台可以免费使用并且易于学习,即使对于编程经验不多的用户也是如此。 App Inventor 采用了块编辑器的风格:传统方式编写代码行不同,设计师拖放块来表函数和变量。代码的每一段都以“ when ”块给出的条件开始,并执行“ get ”块或“ set ”块,“ when ”条件满足时,应用程序将执行对应的操作。每个“ when ”、“ get ”和“ set ”块是对应于每个组件。如,一个按钮有“ When Button1.Click”, 一个“ when ”条件,当点击按钮时为将执行该条件之后的内容 。完整的代码块可以在附录 B 中查看。 2.6 肌电假肢 肌电假肢的重量通常在 400 到 600 克之间,可以使用直流电机和舵机的组合,并且有大约 11 个关节和 6 个自由度。相反,人手的平均重量为 400 克,占体重总量的 0.6 %,并且在手指功能方面具有 27 个自由度 。 2007 年,肌电假肢用户进行的一项调查结果显示,许多消费者希望拇指,食指和手腕有更好的运动。虽然他们使用了市场上最先进的控制方法之一,但新的肌电设备并不能满足用户手指功能的复杂性,只有 6 个自由度 。 3. 方法 / 实验设计 3.1 手部组装 原型中使用的手是 Flexy Hand 的 3D 打印版本 。 STL 文件导出到 Makerbot 平台并直接打印,没有任何缩放或修改。考虑到手部有多个不同部分,打印花费了大约十一个小时。完成的手与尼龙线和可拉伸的一次性吸管串在一起。吸管用于分解 3D 打印中的任何多余材料,这些材料会妨碍尼龙线穿过手和手指内部的路径,同时吸管能帮助将线穿过手掌。 每根手指都用大约两英尺的尼龙线缠绕,以确保有足够的材料可以伸到手臂的长度上并连接到舵机上。 图 2 关节模具的 3D 模型 从 Github 下载铰链接头模具(见图 2 )并进行 3D 打印 。将各种类型的硅树脂成型为指缝连接器并放置在每个手指的接缝槽中以测试其性能。最后 GE TM 优等硅胶被选为指缝 连接器铸造的主要材料。使用填缝枪和 3D 打印模具,将硅胶成型为固化的连接器大约需要 24 小时,然后将它们装入每个手指段之间的槽中。 3.2 手臂组装 使用内径为 1.5 英寸,长度为 12 英寸的 PVC 管来容纳舵机。如图 3 所示,以交错的方式沿 PVC 管子挖切 0.75 英寸宽× 1.5 英寸长的矩形孔,孔间隔 0.25 英寸。在管子的一端钻五个 0.125 英寸的圆孔,对应每根手指的控制绳进入管道并在其中心与手接触。用 3D 打印塑料环,并且在 1/8 英寸孔和舵机之间用强力胶粘贴在管道的末端。舵机被放置在相应位置,并用超级胶固定。尼龙线从手指穿过 PVC 管的内部钻入管内的孔,通过 3D 打印环并连接舵机。当手处于零位时,舵机处于直接指向手的状态,尼龙线此时则固定于舵机的转盘尖端。用尼龙线将眼镜螺钉插入每个舵机的转盘两端中远端的孔中。 图 3 交错螺旋结构的 PVC 管 在手和 PVC 管的两侧钻孔,通过将螺钉拧入这些孔并用强力胶强化连接,将 L 形支架固定在手和内管之间,这可以使和内管紧紧相连 3.3 电路 每个舵机有三根电线:电源线,接地线和脉宽调制( PWM )线。 PWM 线插入 Arduino Uno 板上的六个 PWM 端口之一。每个舵机的电源和接地都连接到面包板上的水平正极和负极行,这些面板连接到 6V 电池组。电池组装有四个 1.5V 的 D 尺寸的电池。蓝牙模块的四个引脚被插入面包板上的相邻列。电源和接地引脚连接到 Arduino 自己的电源和接地端口。其他两个引脚是 RXD 和 TXD ,分别连接到 Arduino 上的 TX 和 RX 端口。 这些引脚用于接受 Arduino 手机发送的命令(参见图 4 )。 图 4 Arduino 的舵机控制电路原理图 3.4 Arduino 编程 Arduino 使用网站上提供的开发环境进行编程。项目中代码最重要部分是确定舵机的位置,这决定了手指的运动。舵机库包含将舵机连接到引脚并设置其角度的功能,对舵机定位进行了精细控制。 attach ()函数将 Arduino 上的某个引脚与每个舵机相关联, write ()函数将舵机的角度位置设置为 0 到 180 度之间的值。舵机的位置决定了它所控制的手指弯曲的程度,手指的低角度表示手指更放松,手指较大角度表示手指朝手掌弯曲。通过将每个舵机设置为特定的角度来完成手势,这个特定的角度对应于当手做出该手势时手指弯曲大小。开始阶段,使用电位器手动控制手指的位置,并且当做出每个手势时,舵机的角度被记录并随后被配置为预设手势。在最终设计中,通过蓝牙连接到 Arduino 板的 Android 应用程序进行控制手势。当在应用程序中选择要执行的手势时, Arduino 会收到一个介于 0 和 5 之间的整数,并使用此数据来选择要执行的手势。这些功能设置舵机的位置,以便与手动测试中为所选手势收集的数据相匹配。完整的程序代码可以在附录 A 中查看。 3.5 应用程序开发 这只机械手的应用程序是只有一个页面的基于按钮的应用程序(参见图 5 )。 当一个按钮被按下时,一个字节号码被发送到蓝牙模块。 Arduino 使用该字节作为触发器来运行执行该手势的代码块,将相应手指的舵机设置为特定角度。当选中任何导致手势的按钮时,其他手势按钮都会隐藏,直到按下重置按钮。一旦手恢复到其初始位置,其他按钮即可正常使用。 如要连接到蓝牙,列表选取器中有“连接到蓝牙”的按钮,当按下该按钮时,与手机配对的设备列表就呈现出来了。选择 HC-06 蓝牙模块后, Android 手机建立连接,并出现绿色标志,显示“已连接!”,表示设备已准备好接收来自手机的信号。如果 Android 手机无法连接到蓝牙设备,则标志显示为红色并且显示“未连接 ... ”。应用程序每 50 毫秒会自 图 5 在 Samsung Nexus S 上的菜单界面 动检查一次手机的连接状态,并将标志更新为蓝牙连接的当前状态。 三星 Nexus S 被选为与该原型一起使用的智能手机。为了测试应用程序,需先安装 Android 驱动程序以将 apk 文件下载到手机中。安装驱动程序后,必须将 Android 手机作为 USB 存储设备打开。该应用程序被放入手机的文件夹中,该文件夹在选择 USB 存储模式后会出现。该文件出现在手机显示屏上的应用程序文件夹“ ES 文件资源管理器”中,此时可以选择该文件进行安装。手机一旦安装了应用程序并且已连接到蓝牙模块,模块上的红灯闪烁将停止闪烁并保持点亮状态。一旦连接了蓝牙,每个舵机应连接到一块面包板上,并通过应用程序进行测试。 测试的第二个组件涉及应用程序的按钮响应性能。 首先我们测试菜单如何导航 ; 依次按下每个手势按钮并评估结果。要求随机人员比较不同的配色方案和按钮布局,以模拟用户对应用程序的体验。 4. 结果和讨论 4.1 手功能 完全组装好的手可以轻松地执行石头、剪刀、布、 “ OK ”这些日常使用的手势,还能实现按下按钮时竖起大拇指。软件的用户界面使用简单,易于学习。该应用程序允许用户通过蓝牙从 Android 智能手机控制五种不同的手势。由于舵机操纵的是线,故手指可以设置为各种手势。而且,手指背部的橡胶带可以在舵机释放压力时令手指恢复到原位(见图 6 )。 整个项目可以使用常用材料容易地构建,成本低于 475 美元,并且可以使用开源 Arduino 进行编程,同时编程难度低。使用者可以通过 MIT App Inventor 网站上的教程来设计用于控制手的智能手机应用程序。虽然该设备简单实惠,但它不能很容易地抓住物体或对有反应物做出反应,而且体积笨重。因此我们的设备很容易制作,但不够健壮。 图 6 附着橡胶带的手 4.2 讨论 肌电假肢领域的新技术进步促成了多自由度手的发展。尽管如此,这些设备在性能、稳定性、美观性和经济性方面仍然不足。像 iLimbTM 和 BebionicTM 这样的拟人手已经受到媒体的关注,但它们并不像广告中那样对消费者友好。 在控制手指运动时,在这个新原型假肢中使用舵机而不是直流电机被证明是更可行的选择。舵机比直流电机轻,精度更高。即使舵机能通过适当控制角位移来达到更高的准确度,但是由于直流电机简单、连续的旋转机构,它更常用于假肢。舵机比直流电机编程也更容易 ; 直流电机的控制取决于动作完成的时间,而不是电机的最终位置。 通过使用舵机,可以消除时间变量以及任何其他可能的错误因素。 而且,大多数肌电假肢在手指运动方面具有六个自由度,而在这个特定的原型中仅有五个自由度。为了消除这个缺点,不同的手部设计可以通过 3D 打印来实现这个第六自由度的大多角骨掌骨关节。由于时间上的限制,且增加该自由度在编程和组装手中增加了复杂性,故第六个自由度没有被添加到原型中。结果,手指不能在横向上移动,从而减少了原型总体上的自由度数量。这个关节确实在正常拇指的功能中发挥着重要作用,因此可以找到替代设计来确保拇指得到充分利用。普通人的手的灵活性与 27 个自由度相比来说要复杂得多。这种新的原型甚至肌电装置都不够先进,达不到普通人手的水平,但随着未来的新发展,假肢最终可以完全取代失去的肢体或手。 4.3 问题 虽然这个项目实现了大部分最初的目标,但是在这个过程中出现了一些挫折,这阻碍了整体效率。在打印手的过程中由于我们施加外力产生了小错误,导致手掌出现裂缝。使 用丙酮来软化多余的 ABS 丝,以便可以将丝置于裂缝内进行修复。 在最初的测试中,尼龙线在臂的舵机下方过并沿旋转直径布置。为了在每次旋转时达到最大距离,将眼镜螺丝钉拧入舵机叶片的孔中。这使得臂部周围的线条比直径更长并且可以进一步拉动手指。然后,尼龙线通常会缠绕在舵机的螺丝下面,而不是缠绕在它们的周围,因此线不会拉到最长,从而防止手完全关闭。为了解决这个问题,一个塑料环被添加到手臂的内部管道,尼龙线穿过环上的孔,与螺钉高度相同。 另一个问题是手无法恢复到其最初的静止位置。为了解决这个缺陷,我们在手指的背部设计了橡皮筋连接。第一组橡胶带太无弹性,并阻止舵机将手指拉向手掌。然而,当橡皮筋被更长、更薄的弹性带所取代时,舵机有足够的动力再次移动手指。如果铰链关节是用更加强韧的尼龙打印出来的,就不会出现这个问题,可以完全避免模塑和固化硅胶接头的过程。臂组件也给我们提供了挑战:臂的原始外壳仅仅足够大来装配舵机并使它们正常工(参 见图 7 )。故我们在外管上为舵机雕刻孔,即可缓解任何套管问题。 图 7 整手与手臂部件 应用程序开发过程中遇到的一个问题是蓝牙设备断开连接后,但连接指示灯仍然会保持绿色。为了解决这个问题,我们增加了一个时钟定时器实现每隔50毫秒更新一次连接指示灯的状态。在开始另一个手势之前,应用程序让用户重置手的原因是为了防止混淆。如果按下多个手势按钮,舵机可能会收到多条信息,最终导致它们失败。 不幸的是,使用直流电机和链轮转动手腕的系统处于设计的初始阶段,且由于时间有限,无法作为手臂的一部分实现转动。 5. 结论 简单的假肢有可能对截肢者的日常生活产生可预测的影响。由于这种特殊假肢是由 Android 应用程序控制的,因此它的使用非常简单,并且没有陡峭的学习曲线,这与许多需要过多时间掌握的高级假肢不同。手部的构造和组装需要一个易于获取的材料和工具清单。随着这种技术的可用性,截肢者拥有必要的工具来制造他们自己的个性化假肢,除了 能够令截肢者预防身体变形常常伴随的精神消极之外,还可以提高他们的生活质量 。 这个项目的目标包括创建一个低成本的 3D 打印机器假手,由 Arduino 驱动并可以执行多种手势。原型表明通过简单的控制方法有效地完成了这些任务,同时对一些改进设计可以提升手的功能。手的腕部动作可以不需要截肢者不得不转动他的肩膀以适当地抓住某物;相反,应用程序会将手转到所需的位置。后续的升级将包括更多的手势和触觉反馈。一方面,可以将一组特定的手势编入应用程序,为用户提供更好的手指灵活性;另一方面,触觉反馈会使截肢者感受到对象的温度和质地,从而形成触觉的自然感知。这些改进将有助于创造一种能够改变假肢行业的产品。 6. 致谢 作者要感谢我们的项目导师 Mohit Chaudhary , Kang Li 博士和 William Craelius 博士在计划和构建项目方面给予的所有帮助和指导,并感谢我们的助理项目导师 Julian Hsu 的帮助设计 Android 应用程序。我们还要感谢 RTA —— Mary Pat Reiter 在本文中的帮助,院长 Jean Patrick Antoine 以及我们所有 GSET 赞助商的支持:罗格斯大学;新泽西州; Morgan Stanley ; Lockheed Martin ; Silverline Windows ;南泽西工业公司;公积金银行基金会;以及 Novo Nordisk 。我们还要感谢 Steve Wood 他的 Flexy Hand 的 3D 模型。如果没有这些人和公司的慷慨帮助和捐赠,我们的项目将不可能实现。我们的团队非常感谢所有为这个项目做出贡献的人。 参考文献 1 W. Craelius, K. Li, I. Ali, A. Alvi, E. Chu, K. Lin, S. Nazare, N. Plichta, “Transhumeral Prosthesis with a Dexterous Hand,” pp. 1-3, (unpublished). 2 ”Myoelectric Prosthetics 101,” Ottobock, http://www.ottobockus.com/prosthetics/inf o-for-new-amputees/prosthetics101/myoelectric-prosthetics-101/ (19 July 2014). 3 Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir, “Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review”, JRRD, 50, p. 611, 2013. 4 “John Hopkins and e-NABLE,” Enabling the Future, 17 July 2014, http://enablingthefuture.org/tag/3d-printedhands (19 July 2014). 5 ”FDM Thermoplastics,” Stratasys, http://www.stratasys.com/materials/fdm (19 July 2014). 6 Annelise, MakerBotting 101 - How Does It Work, MakerBot, January 10, 2012, http://www.makerbot.com/blog/2012/01/10/makerbotting-101-how-does-it-work/ (23 July 2014) 7 ”Frequently Asked Questions,” Arduino, http://arduino.cc/en/Main/FAQ (19 July 2014). 8 ”Arduino Uno-R3,” Sparkfun, https://www.sparkfun.com/products/11021 (19 July 2014). 9 ”What’s A Servo?,” Seattle Robotics Society, http://www.seattlerobotics.org/guide/servo s.html (19 July 2014). 10 How It Works,” Bluetooth, http://www.bluetooth.com/Pages/How-ItWorks.aspx (19 July 2014). 11 “How Bluetooth cuts the cord,” TechTarget, March 2005, http://searchmobilecomputing.techtarget.co m/feature/How-Bluetooth-cuts-the-cord (19 July 2014). 12 ”MIT App Inventor,” http://appinventor.mit.edu/explore/ (19 July 2014). 13 Pylatiuk C., Schulz S., Döderlein L., “Results of an Internet survey of myoelectric prosthetic hand users”, PubMed, Dec. 2007, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1805 0007 (19 July 2014). 14 ”Flexy Hand,” Thingiverse, http://www.thingiverse.com/thing:242639 (19 July 2014). 15 ”Flexy-Joint,” GitHub, https://github.com/daprice/FlexyJoint/wiki/Casting (19 July 2014). 16 ”Coping with Your Amputation,” Capital Health, http://www.cdha.nshealth.ca/amputeerehabilitation-musculoskeletalprogram/patients- families-amputeerehabilitation/coping-your- (19 July 2014) 17 Joseph T. Belter, Jacob L. Segil, Aaron M. Dollar, Richard F. Weir, “Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A review”, JRRD, 50, pp. 599-606, 611, 2013.
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[转载]空香皂盒的故事
热度 1 qiaokang 2014-10-24 12:00
在qq上有一个朋友发了个有意思的笑话。摘引过来,供大家一乐。 联合利华引进了一条香皂包装生产线,结果发现这条生产线有个缺陷:常常会有盒子里没装入香皂。总不能把空盒子卖给顾客啊,他们只得请了一个学自动化的博士后设计一个方案来分拣空的香皂盒。博士后拉起了一个十几人的科研攻关小组,综合采用了机械、微电子、自动化、X射线探测等技术,花了90万,成功解决了问题。每当生产线上有空香皂盒通过,两旁的探测器会检测到,并且驱动一只机械手把空皂盒推走。 中国南方有个乡镇企业也买了同样的生产线,老板发现这个问题后大为发火,找了个小工来说:“你他妈给老子把这个搞定,不然你给老子爬走。” 小工很快想出了办法:他花了90块钱在生产线旁边放了一台大功率电风扇猛吹,于是空皂盒都被吹走了。 这个故事告诉我们: 1、知识并不一定都是生产力; 2、民工兄弟很有创造力 ; 3、能吹是多么的重要啊! 转载:网络,qq
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心想事成即将成真——中国首次实现意念控制机械手
sheep021 2014-8-28 13:47
越来越恐怖了。脑机接口即将进入实用阶段。心里想想,事情就做成了,呵呵,真正的“心想事成”。人,又可以进一步偷懒了。只是,连做梦也不能乱想了,否则,一旦“梦想成真”,后果很严重哦。 ------------------------------- 中国首次在人脑植入电极实现意念控制机械手 2014-08-26 来源: 大连晚报   2014-08-26 06:24:28 来源: 大连晚报 作者: 责任编辑: !--enpproperty 1001782862014-08-26 06:24:28.0中国首次在人脑植入电极实现意念控制机械手中国;首次;人脑;植入;电极;实现;意念;控制;机械手21644524滚动读报/nodesearchname/enpproperty-- 病患利用意念控制机械手。中新社发 据中新社杭州8月25日电两年前,浙江大学成功提取并破译了猴子大脑关于抓、钩、握、捏四种手势的神经信号,使得一只名为“建辉”的猴子,通过“意念”控制一只机械手进行不同的动作。如今,在此研究成功基础上, 中国首次用病人颅内植入电极意念控制机械手,并成功完成高难度的肢体运动——“石头、剪刀、布”这一猜拳动 作。 25日,在浙江杭州的浙江大学医学院附属第二医院里,浙大求是高等研究院教授郑筱祥通报了中国该领域的最新成果。她介绍,研究脑机接口的目的是希望通过脑机接口这一新技术,实现人脑对外部机械的有效控制,一定程度上解决临床上肢体运动功能障碍患者的痛苦。浙二医院神经外科主任张建民介绍,此次参与临床试验的小刘患有复杂性难治性癫痫,需要行颅内埋藏电极来进一步分析皮层脑电。通过开颅电极埋藏手术,小刘大脑表面的运动感觉区被植入了一块长4厘米、宽8厘米的电极。电极可持续监测其脑电活动。通过小刘十多次“石头、剪刀、布”的动作,科研人员建立相关模型,“解密”的脑电信号再“指挥”机械手,控制其手指活动,目前吻合的准确度达到80%左右。此外,通过对小刘的脑波进行判断,机械手还能与其玩“石头、剪刀、布”的游戏。
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[转载]3D打印机制造“终结者机械手臂”
hanlingeorge 2013-10-24 10:10
3D打印“终结者机械手臂”,是采用透明塑料个性化定制设计 据英国新科学家杂志报道,它看上去如同科幻电影道具,事实上是未来新款人体假肢。目前,3D打印机可以制作透明塑料质地的日常生活用品,因此我们能够十分详细地掌握其如何运行,这种精致的3D打印假肢就是一个典型的例子,它在伦敦科学博物馆3D打印展览会上展出,是此次展出600多件3D打印物品之一。 这款“终结者手臂”是由英国诺丁汉大学附加制造和3D打印研究学会主管理查德-海格(Richard Hague)设计的,他和学生们展示了3D打印机如何制造这种结实的假肢,以及可移动关节和微妙传感器——类似螺旋形状的金属触摸传感器。 海格说:“这是一个实物模型,其电路能够探测到温度,感触到物体,以及控制手臂运动。3D打印技术赋予我们任意制造复杂、最佳外型的设计,我们的研究旨在聚焦打印电子、光学以及实现生物学功能。” 3D打印技术将满足之前不能负担购买假肢的伤残群体,例如:南非设计师理查德-范(Richard Van)倡导的嵌入式“机械手”项目,旨在打印廉价、塑料定制化假肢,尤其适用于那些缺少手指,或者天生手指或脚趾残疾畸形的人群。(悠悠/编译) 更多阅读: 英国新科学家杂志相关报道(英文)
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哇噢,用大脑直接控制机械手,太牛了
热度 2 DNAgene 2012-5-17 22:39
看到一则新闻,“ Mind Control of Robot Arm ”。在手臂失控的患者的大脑负责运动的区域植入一个芯片,患者想用手拿什么,芯片就可以让机械手拿什么。通过芯片和机械手,患者就好象有了自己的手一样。太厉害了。 Mind Control of Robot Arm Two paralyzed patients successfully manipulate a robotic arm just by thinking about how they would move their own limbs if they could. By Jef Akst | May 16, 2012 1 Comment Link this Stumble Tweet this Participant S3 drinking from a bottle using the DLR robotic arm BRAINGATE2.ORG Two patients who lost the use of their limbs (and the ability to speak) following brainstem strokes successfully reached out and touched a foam ball, thanks to a small array of electrodes implanted on their motor cortexes and a robotic arm that followed the command of their neurons, according to a Nature paper published today (May 16). “These results are the first peer-reviewed demonstrations of 3 dimensional reaching and grabbing tasks using direct brain control of a robotic device,” study coauthor Leigh R. Hochberg , who has appointments at Brown University, Harvard Medical School, and Providence VA Medical Center, said at a press conference yesterday. “I believe that these are milestones in brain-computer interface research with exciting implications for neuroscience and neural rehabilitation.” The device that made these advances possible, called BrainGate , made headlines in 2006 when patients successfully controlled a computer cursor. Since then, the system has been refined and connected to a robotic arm that can actually carry out the commands of the motor cortex. Braingate array BRAINGATE2.ORG The electrode array—the size of a baby aspirin—records signals from dozens of motor cortex neurons, the activity patterns of which were calibrated to basic arm movements. The patients then simply think about moving their own arm, and computer algorithms translate their intentions to the robotic arm in front of them. One of the patients was even able to take her first sip of coffee (out of a bottle) on her own for the first time in 15 years (see video). “The smile on her face when she did this is something that I, and I know our whole research team, will never forget,” said Hochberg. Ultimately, such technology may allow patients to control prosthetic limbs, or even their own paralyzed limbs, though “there’s undoubtedly still much work to do,” Hochberg said. For example, the researchers hope to eventually make the implants wireless, so the patients do not have to be “plugged in” to use their limbs. Furthermore, the neural-interface system may need to be coupled with some sort of sensory feedback, to allow patients to sense how tightly they are grabbing something. And, of course, there is the question of cost. “It remains to be seen whether a neural-interface system that will be of practical use to patients with diverse clinical needs can become a com­mercially viable proposition,” Andrew Jackson of the Institute of Neuroscience at Newcastle University wrote in an accompanying Nature commentary. “Nevertheless, the delight of a participant in Hochberg and colleagues’ study as she succeeds in drink­ing from a bottle for the first time in years should act as a powerful incentive for all in the field to address these challenges.” L.R. Hochberg et al., “Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm,” Nature , 372, doi:10.1038/nature11076, 2012.
个人分类: 生物学|4882 次阅读|2 个评论
两种机械手外观
yss97 2011-10-26 22:25
两种机械手外观
左边是Staubli的,较多采用壳体,擅长于密封,总体线条柔和;右边Motoman的,直接工字钢手臂,外观峥嵘。
4054 次阅读|0 个评论
[转载]博士和民工的区別(转帖)
热度 12 limingyang 2011-8-23 13:08
某某大型企业引进了一条香皂包装生产线,结果发现这条生产线有个缺陷:常常会有盒子里没装入香皂。总不能把空盒子卖给顾客啊,他们只得去清华(也有人说是北大)请了一个学自动化的海归博士设计一个方案来分拣空的香皂盒。该博士拉起了一个十几人的科研攻关小组,综合采用了机械、微电子、自动化、X射线探测等技术,花了几十万美元,成功解决了问题。每当生产线上有空香皂盒通过,两旁的探测器会检测到,并且驱动一只机械手把空皂盒推走。 中国河南省有个乡镇企业也买了同样的生产线,老板发现这个问题后大为发火,找了个小工来说:“你他妈给老子把这个搞定,不然你给给老子滚蛋!”,于是小工很快就想出了办法:他在生产线旁边放了台风扇猛吹,空皂盒自然会被吹走。 这个故事告诉我们:能吹是多麼的重要啊!
个人分类: 观点|2266 次阅读|12 个评论
[转载]博士后和民工的区别
热度 1 sdssxwfd 2011-6-15 09:13
这就是博士: 联合利华引进了一条香皂包装生产线, 结果发现这条生产线有个缺陷: 常常会有盒子里没装入香皂。 总不能把空盒子卖给顾客啊, 他们只得请了一个学自动化的博士后设计一个方案来分拣空的香皂盒。 博士后拉起了一个十几人的科研攻关小组, 综合采用了机械、微电子、自动化、X射线探测等技术, 花了几十万成功解决了问题。 每当生产线上有空香皂盒通过, 两旁的探测器会检测到,并且驱动一只机械手把空皂盒推走。 这就是民工: 中国南方有个乡镇企业也买了同样的生产线. 老板发现这个问题后大为发火, 找了个小工来说: 你他妈给老子把这个搞定,不然你给老子爬走! 小工很快想出了办法: 花了90块钱在生产线旁边放了台风扇猛吹,于是空皂盒都被吹走了。 话说后来 这个南方老板发现还有不少厂家在引进此生产线 于是主动与之联系 说我司有解决此问题的专项技术 技术转让费就10万 由于不少厂家想了很多的方法也没能很好解决问题 于是用10万元买了此专项技术 当明白如此专项技术时 全厂都沉默了,无奈技术先进啊 这个故事告诉我们, "能吹"是多么的重要.
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机械手与灯泡
xbyang 2009-5-14 15:27
曾经有不少人问我:为何最有名的一张机械手的图片里握的是一个灯泡,机械手为何要用灯泡做配角?事实上,灯泡比其他大多数物体能检验机械手的智能和灵活性。首先,灯泡形状比较独特,是椭球形,上面比较大,下面比较小;其次,灯泡玻璃壁比较光滑;另外,灯泡很薄。因此,一个看似笨拙的机械手要拿起灯泡是很不容易的事情,抓住的部位要正确,才不会掉下来,握力要稳而且适当,从不会滑落或捏碎灯泡。有人问:为何不抓个气球呢?想想看,气球虽薄而且形状独特,但是气球是有形变的,并不太容易失手。
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