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平衡感知能力检测康复机器人测控系统硬件平台开发

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平衡感知能力检测康复机器人测控系统硬件平台开发

作者：康文杰桂林电子科技大学

学位级别：硕士

如今我国的人口老龄化日益严重,随之而来的是一系列的老年人身体健康问题。据统计,跌倒在我国老年人因伤致死的原因中占比最高,而跌倒的主要诱导因素是人的平衡感知能力不够。研究表明,自行车骑行运动与平衡感知能力有密切的联系,表现... 详细信息

如今我国的人口老龄化日益严重,随之而来的是一系列的老年人身体健康问题。据统计,跌倒在我国老年人因伤致死的原因中占比最高,而跌倒的主要诱导因素是人的平衡感知能力不够。研究表明,自行车骑行运动与平衡感知能力有密切的联系,表现在人类平衡感知敏感性会随着车体倾斜方向、变化频率的不同而不同,具有明显的多维度矢量特征。因此,如果有一种原地不动的机构能以较高的还原度模拟骑行过程中的状态,就能很大程度上帮助操作者训练平衡感知能力。本课题从无人自行车平衡控制中受到启发,设计了一个既可以在横滚方向左右摇摆,还可以在车把部分左右转动的康复机器人系统。本文主要研究该康复机器人系统的测控平台设计,通过测控平台来驱动车体的横滚动作和车把转动可以高度还原自行车骑行状态,进而对人的平衡感知能力进行评测或针对性训练。主要研究内容如下:首先,建立康复机器人系统的坐标系并进行运动学分析和动力学分析;基于拉格朗日方程建立该系统的动力学模型,并通过逆动力学仿真对建立动力学模型过程的正确性进行验证。其次,将动力学模型进行线性化,然后对康复机器人系统状态方程的能控性能观性进行分析;分别设计PD控制器和部分反馈线性化控制器并进行数值仿真,比较分析每种控制器的控制特点;分别对每种控制器添加自抗扰观测器进行数值仿真,并分析自抗扰观测器对各控制器的影响。然后,根据去医院实地考察得到的医生的要求,基于物理样机进行具体功能的分析,并结合实验室以往的无人自行车实验数据设计康复机器人系统的技术参数;以技术参数为边界条件进行元器件选型,设计驱动接口板,搭建测控平台;根据各元器件功率及驱动电压的不同设计供电系统;设计测控平台具体的工作流程。最后,基于所设计的物理样机和测控平台的设计搭建控制盒;设计实验验证测控平台的可行性。经过设计的实验验证,课题所设计的康复机器人系统的测控平台可以完成预期的控制目标。

关键词：康复训练机器人测控系统平衡感知能力动力学模型自抗扰

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考虑车轮纵向滑动的无人自行车平衡控制实现

信息与控制 2022年第5期51卷 587-596页

作者：庄未杨继伟黄用华康文杰桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004

针对无人自行车在出现车轮纵向滑动下的平衡控制问题,提出一种将自行车车轮纵向滑动引入控制器的方法来实现在一定程度车轮纵向滑动下的无人自行车平衡运动控制。首先引入一种自行车线性变参数(linear parameter-varying, LPV)动力学模... 详细信息

针对无人自行车在出现车轮纵向滑动下的平衡控制问题,提出一种将自行车车轮纵向滑动引入控制器的方法来实现在一定程度车轮纵向滑动下的无人自行车平衡运动控制。首先引入一种自行车线性变参数(linear parameter-varying, LPV)动力学模型,其次将卡尔曼滤波算法估算的自行车质心线速度作为变参数带入LPV模型中,最后根据引入了车轮滑动因素的LPV模型设计降阶滑模控制器以消除车轮纵向滑动对无人自行车平衡运动的影响。仿真结果表明:当车轮发生小于70%的纵向滑动,降阶滑模控制器能够有效校正自行车的横滚角。样机实验结果进一步证明:降阶滑模控制器能够控制无人自行车分别在车轮纵向滑动较小的水泥地(约8%纵向滑动的)和滑动较大的湿滑草地上(约40%纵向滑动)进行平衡运动。

关键词：无人自行车平衡控制车轮滑动降阶滑模卡尔曼滤波

无人自行车的线性二次型调节侧向平衡控制器设计与分析

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机械设计与研究 2022年第2期38卷 31-37页

作者：黄用华韩晨宇庄未康文杰郭骞桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004

针对一种无机械平衡调节装置的无人自行车,采用分段LQR(linear quadratic regulator,线性二次型调节器)控制方法研究无人自行车侧向平衡控制问题。引入无人自行车变参数线性(variable parameter linear,LPV)力学模型,采用LQR控制方法设... 详细信息

针对一种无机械平衡调节装置的无人自行车,采用分段LQR(linear quadratic regulator,线性二次型调节器)控制方法研究无人自行车侧向平衡控制问题。引入无人自行车变参数线性(variable parameter linear,LPV)力学模型,采用LQR控制方法设计无人自行车侧向平衡运动的控制器,对驱动速度划分区间,建立反馈增益查找表,对无人自行车侧向平衡运动进行数值仿真和物理样机实验研究,对比四种驱动速度下与四种质量负载下控制效果,分析LQR控制器对侧向平衡运动控制的性能。结果表明:LQR控制方法下的无人自行车在四种驱动速度和四种质量负载条件下均能实现侧向平衡运动,且车架受到外界干扰时,具有一定的克服外界干扰实现侧向平衡运动的能力。研究结果可为无人自行车实现侧向平衡运动的控制方法提供一定的参考。

关键词：无人自行车侧向平衡运动控制 LQR

高中历史教学中家国情怀核心素养培育策略的探究

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家长 2023年第5期 122-124页

作者：康文杰甘肃省天水市秦安县第一中学

新课程标准下高中历史课堂教学中逐渐融入家国情怀、核心素养，旨在通过历史教学帮助学生逐渐形成正确的人生观、价值观，增强其自身的民族自豪感，促使学生意识到个体对社会的使命感。文章从高中历史教学中家国情怀核心素养的培育意义...

新课程标准下高中历史课堂教学中逐渐融入家国情怀、核心素养，旨在通过历史教学帮助学生逐渐形成正确的人生观、价值观，增强其自身的民族自豪感，促使学生意识到个体对社会的使命感。文章从高中历史教学中家国情怀核心素养的培育意义出发，指出家国情怀的内涵。与此同时，结合时下现状以及高中生群体的实际学习需求设计培育路径，意在实现历史教学质量的提升，增强学生的家国情怀，使之成长为更具责任感、民族认同感的栋梁之材。

关键词：

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同方期刊数据库

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基于红外数字全息的水分含量检测方法研究

激光与红外 2022年第1期52卷 57-63页

作者：陈强珅张永安田凤仙康文杰昆明理工大学理学院云南昆明650504

红外数字全息有不易受可见光干扰、对系统稳定性要求不高等优点,在许多领域都有应用价值;而水分对多个波段的红外光都有很强的吸收效应,将该特点与红外数字全息相结合,以新鲜三七切片作为被测对象,随着时间推进,其表面水分含量逐渐减少... 详细信息

红外数字全息有不易受可见光干扰、对系统稳定性要求不高等优点,在许多领域都有应用价值;而水分对多个波段的红外光都有很强的吸收效应,将该特点与红外数字全息相结合,以新鲜三七切片作为被测对象,随着时间推进,其表面水分含量逐渐减少,表面对物光吸收逐渐减弱,物光逐渐增强,全息图的条纹对比度发生变化,通过对实验中拍摄到的全息图的条纹对比度进行计算,其整体变化趋势与预期的水分含量变化趋势相符合,验证了该方法的可行性。并添加模拟近红外法测水分含量实验,对比实验结果,体现出本文所提出方法在测量精度上的优越性。

关键词：红外数字全息水分检测条纹对比度

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高渗透率微网多功能电能质量控制器

电力系统自动化 2015年第4期39卷 103-109,151页

作者：李达义秦毅康文杰强电磁工程与新技术国家重点实验室华中科技大学湖北省武汉市430074 深圳微网能源管理系统实验室有限公司广东省深圳市518054

由于微网中独特的双向潮流控制,频繁出现的过电压和过电流现象,以及大电网和微网之间的谐波高渗透率,使得微网的电能质量问题比传统大电网要严重得多。同时因微网容量不大,安装多种电能质量控制器不经济,为了满足高渗透率下微网电能质... 详细信息

由于微网中独特的双向潮流控制,频繁出现的过电压和过电流现象,以及大电网和微网之间的谐波高渗透率,使得微网的电能质量问题比传统大电网要严重得多。同时因微网容量不大,安装多种电能质量控制器不经济,为了满足高渗透率下微网电能质量的要求,文中提出一种多功能电能质量控制器。该多功能电能质量控制器可以灵活调节微网和传统电网的潮流,限制故障电流和进行软启动,抑制微网谐波高渗透率。文中分析了该电能质量控制器的原理、系统控制策略等。构建了一套三相实验系统,实验结果证明了该多功能电能质量控制器的有效性。

关键词：电能质量控制器微网(微电网) 可调电抗器高渗透率双向潮流电流限制

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公安院校学士学位论文质量提升教育教学对策

中国科技期刊数据库科研 2022年第7期 16-19页

作者：康文杰张悦刘蔚王齐卢庆湖南警察学院信息技术(网监)系湖南长沙410138 国防科技大学系统工程学院湖南长沙410073 湖南司法警官职业学院司法系湖南长沙410131 湖南警察学院治安系湖南长沙410138

公安院校大学教育具有很强的新时代特征、现实意义和特殊要求,直接影响着未来应用创新型高级公安专业人才的培养,为全面培养政治坚定、作风过硬、业务精通、素质优良的警察队伍提供支撑平台和软实力。然而,当前很多警察学院在培养学生... 详细信息

公安院校大学教育具有很强的新时代特征、现实意义和特殊要求,直接影响着未来应用创新型高级公安专业人才的培养,为全面培养政治坚定、作风过硬、业务精通、素质优良的警察队伍提供支撑平台和软实力。然而,当前很多警察学院在培养学生的学士学位论文质量方面与军事院校存在很大差距,主要表现为研究调查不足、方法缺乏创新、实验论证不充分、脱离服务实战、论文格式不规范等。为了解决上述问题,本文从教学组织模式、学生培养模式、学术训练模式、奖惩制度模式四个方面来探讨公安院校学士学位论文提升的综合对策,并提出“以技术创新为手段,以服务实战为目的”的高质量学士学位论文的学生培养模式。

关键词：公安院校专业学士学位论文质量培养模式

基于生成对抗模型的阿尔茨海默病纵向神经影像生成方法研究

维普期刊数据库评论

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医疗卫生装备 2022年第11期43卷 1-7,13页

作者：康文杰林岚陈明北京工业大学环境与生命学部生物医学工程系北京100124 南宁市城市规划展示馆南宁530028

目的:针对阿尔茨海默病的纵向研究中不同时间点的影像数据缺失的问题,提出一种基于pix2pix模型的生成对抗模型3Dpix2pix-AGE。方法:首先对pix2pix模型的架构进行改进,分别采用V-Net和密集连接的卷积网络(densely connected convolutiona... 详细信息

目的:针对阿尔茨海默病的纵向研究中不同时间点的影像数据缺失的问题,提出一种基于pix2pix模型的生成对抗模型3Dpix2pix-AGE。方法:首先对pix2pix模型的架构进行改进,分别采用V-Net和密集连接的卷积网络(densely connected convolutional networks,DenseNet)架构作为生成器和判别器的架构;其次对pix2pix模型的损失函数进行改进,引入年龄损失来控制图像纵向变化;最后基于阿尔茨海默病神经影像学计划(Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative,ADNI)数据集中受试者的基线图像生成24个月的纵向图像。采用五折交叉检验进行3Dpix2pix-AGE模型验证,通过定量评估和定性评估2种方式评估生成图像的质量。结果 :生成的纵向图像与真实纵向图像具有较高的相似度,可以用来预测阿尔茨海默病患者的病程进展。结论:3Dpix2pix-AGE模型可以生成高质量的阿尔茨海默病患者的纵向图像,为ADNI数据集中缺失的纵向神经影像数据的生成提供了一种新方法。

关键词：阿尔茨海默病神经影像深度学习图像生成生成对抗网络

基于深度卷积生成对抗网络的大脑年龄预测方法研究

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医疗卫生装备 2023年第12期44卷 1-6页

作者：熊敏康文杰林岚北京工业大学化学与生命科学学院生物医学工程系智能化生理测量与临床转化北京市国际科研合作基地北京100124

目的:提出一种基于深度卷积生成对抗网络(deep convolutional generative adversarial network,DCGAN)的大脑年龄预测方法,以客观评估大脑健康状态。方法:首先,将二维DCGAN扩展到三维DCGAN,并在DCGAN中加入残差块改进DCGAN模型,以提高... 详细信息

目的:提出一种基于深度卷积生成对抗网络(deep convolutional generative adversarial network,DCGAN)的大脑年龄预测方法,以客观评估大脑健康状态。方法:首先,将二维DCGAN扩展到三维DCGAN,并在DCGAN中加入残差块改进DCGAN模型,以提高特征提取能力。其次,使用无监督对抗学习来预训练分类器,使用迁移学习来微调分类器,以解决三维卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)中由于小规模样本而导致的过度拟合问题。为验证改进模型的有效性,在英国生物银行(UK Biobank,UKB)数据库上,采用平均绝对误差(mean absolute error,MAE)作为评价指标,将该模型与最小绝对收缩选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)模型、机器学习模型、三维CNN模型和图卷积网络模型进行对比。结果:提出的模型在预测脑年龄方面表现优秀,MAE为2.896年,明显优于LASSO模型、机器学习模型、CNN模型和图卷积网络模型。结论:提出的方法在大规模数据集上具有较好的性能,能够较为准确地预测大脑年龄,可客观评估大脑健康状态。

关键词：脑年龄预测深度卷积生成对抗网络卷积神经网络深度学习机器学习