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下肢康复训练中的运动意图识别与疲劳估计研究

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下肢康复训练中的运动意图识别与疲劳估计研究

作者：苑尧尧曲阜师范大学

学位级别：硕士

近年来,由“脑卒中”(cerebral stroke)等脑血管疾病导致的肢体运动功能障碍的人群越来越多,严重增加了患者家庭和社会的负担。目前,一种主流的方法是通过康复机器人系统对患肢进行康复训练,然而现有的训练系统存在无法根据患者的运动... 详细信息

近年来,由“脑卒中”(cerebral stroke)等脑血管疾病导致的肢体运动功能障碍的人群越来越多,严重增加了患者家庭和社会的负担。目前,一种主流的方法是通过康复机器人系统对患肢进行康复训练,然而现有的训练系统存在无法根据患者的运动意图和疲劳状态实时调整训练模式的问题,降低了患者的主动参与度,且易造成患肢的继发性损伤,从而影响了康复的效果。为解决此问题,本文采集下肢训练过程中的表面肌电信号(surface Electromyography,sEMG)和心电信号(Electrocardiogram,ECG)进行了下肢运动意图识别和疲劳估计的研究,分别构建了基于sEMG的运动意图识别离线模型和基于sEMG与ECG特征融合的疲劳估计离线模型,并基于下肢康复机器人平台实现了离线模型的在线应用。主要工作如下:首先,依据人体下肢关节主要动作及肌群分析,并结合真实运动功能障碍患者的需求,确定了6组下肢意图动作和3种疲劳状态,进而设计了本文运动意图识别与疲劳估计的sEMG和ECG信号采集实验方案。针对原始信号中存在的噪声干扰,设计了基于小波阈值的线性滤波方法,取得了比小波阈值和滤波器更好的去噪效果。其次,构建了下肢运动意图识别离线模型。针对sEMG信号的动作段提取,通过计算信号滑动窗口分帧后的样本熵特征检测动作的起、止点,提高了动作段提取的精度。对于意图特征,提取了包括能量熵在内的7种sEMG时域、频域、时频域特征,并采用主元分析法降低了特征间的冗余。为实现意图特征的准确分类,提出了基于果蝇优化的概率神经网络运动意图分类方法。通过对单特征和组合特征交叉验证,并依据分类精度、分类时间等评价指标,找到了最佳意图特征组合为ZC+WL+MF+能量熵,识别率为93.33%,实现了6组动作的有效识别。再次,构建了下肢运动疲劳估计离线模型。针对单纯sEMG信号无法准确检测训练疲劳的问题,将sEMG结合同步ECG信号进行疲劳估计的研究,提取了包括肌电频带值、ECG在内的12种时域、频域、时频域特征。为实现疲劳特征的准确分类,提出了基于粒子群优化sEMG、ECG特征融合系数的多分类支持向量机(PSO-OVO-SVM)疲劳分类方法。通过对单特征和组合特征进行交叉验证,找到最佳的疲劳融合特征为WL+MPF+频带值+ECG+ECG,识别率为98.33%,相比只靠sEMG特征的识别率提高了7.66%,实现了3种疲劳状态的有效识别。最后,为验证所构建的运动意图识别与疲劳估计离线模型的在线应用效果,基于下肢康复机器人平台,设计了基于疲劳估计的被动训练实验,得到疲劳状态在线识别率为85%。同时,设计基于意图识别与疲劳估计的主动训练实验,得到疲劳状态和运动意图的在线识别率分别为87.5%和81.67%。实验表明,本文方法能够有效地提高患者的主动参与度,降低康复疲劳,延长训练时间。

关键词：表面肌电信号心电信号特征融合运动意图识别疲劳估计

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基于表面肌电信号上肢运动意图识别

通信技术 2019年第6期52卷 1370-1378页

作者：张昌苑尧尧李聪曲阜师范大学

基于表面肌电信号的上肢运动意图识别的研究是上肢康复机器人及智能假肢精确控制的基础。在FourierM2上肢力反馈康复平台上进行了4种上肢动作意图的识别研究。针对上肢表面肌电信号存在的高频噪声、基线漂移以及50Hz工频干扰采用交叉去... 详细信息

基于表面肌电信号的上肢运动意图识别的研究是上肢康复机器人及智能假肢精确控制的基础。在FourierM2上肢力反馈康复平台上进行了4种上肢动作意图的识别研究。针对上肢表面肌电信号存在的高频噪声、基线漂移以及50Hz工频干扰采用交叉去噪方法对噪声进行有效的滤除。为进一步提高上肢意图识别的准确率,分别在时域和频域对肌电信号进行特征值提取,构造特征向量。选用BP神经网络作为模式分类器实现4种上肢意图动作的分类。实验验证该分类器对10位测试者右肢的4个意图动作(向左、向右、向前、向后)的识别率为90%。

关键词：肌电信号模式识别信号去噪特征提取 BP神经网络

基于低功耗、双模蓝牙通信的心电监护系统设计

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通信技术 2019年第10期52卷 2573-2580页

作者：苑尧尧曹佃国迟祥张昌曲阜师范大学工学院山东日照276826 山东省高校智能控制重点实验室山东日照276826

针对便携式心脏健康监护需求的增多,设计了一种基于低功耗、双模蓝牙通信的心电监护系统。通过低功耗、双模蓝牙模组HM-13及制定的数据传输协议,实现系统上位机与下位机间的通信;利用双手腕部的可重复电极,实现心电信号的采集;采用AD823... 详细信息

针对便携式心脏健康监护需求的增多,设计了一种基于低功耗、双模蓝牙通信的心电监护系统。通过低功耗、双模蓝牙模组HM-13及制定的数据传输协议,实现系统上位机与下位机间的通信;利用双手腕部的可重复电极,实现心电信号的采集;采用AD8232设计硬件低通滤波与放大电路,STM32微处理器进行软件滤波与下位机系统设计,并基于LabVIEW开发信号预处理程序与上位机监测界面。其中,信号预处理过程主要包括低通滤波、工频陷波与经验模态分解、R波检测与心率计算等。经实验验证,该设计能够准确、实时监测人体心电图与心率等特征,实现了便携式心脏健康监护功能。

关键词：蓝牙通信心电信号预处理实时监测 AD8232

悬索桥竖弯涡振MTMD减振控制效果和参数优化研究

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桥梁建设 2024年第2期54卷 77-83页

作者：陈宇苑仁安王哲尧中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056

为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获... 详细信息

为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获得系统在简谐涡激力下达到稳态谐振时结构的动力放大系数和MTMD对结构的附加模态阻尼比,并与单一频率调谐质量阻尼器(Single Tuned Mass Damper,STMD)的减振控制效果进行对比,然后以附加模态阻尼比为目标对MTMD进行参数优化。结果表明:MTMD比最优参数STMD拥有更宽的控制频带和更好的减振效果,经优化后的MTMD减振性能优于最优参数STMD。实际应用MTMD时,应选择较大广义质量、5~7种频率规格,并根据二者找到无量纲频率范围和各TMD阻尼比的惟一最优取值。

关键词：悬索桥竖弯涡振多重调谐质量阻尼器参数优化动力放大系数附加模态阻尼比振动控制

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基于孔变形的复合材料连接件疲劳性能分析

复合材料学报 2024年第3期41卷 1516-1527页

作者：刘学术王学尧大连理工大学运载工程与力学学部大连116033

在复合材料的实际应用中,以装配组件或紧固件失效作为复合材料螺栓连接失效的判定准具有极大的风险性。在分析复合材料疲劳损伤发展特点的基础上,本文提出了一种基于连接孔变形的螺接结构疲劳寿命预测方法,并以碳纤维复合材料双钉单剪... 详细信息

在复合材料的实际应用中,以装配组件或紧固件失效作为复合材料螺栓连接失效的判定准具有极大的风险性。在分析复合材料疲劳损伤发展特点的基础上,本文提出了一种基于连接孔变形的螺接结构疲劳寿命预测方法,并以碳纤维复合材料双钉单剪及单钉双剪连接拉-拉疲劳性能实验数据对模型进行了验证。结果表明:连接孔的变形量能很好地反映连接结构疲劳损伤的发展过程,本文所提的疲劳寿命预测模型的最大误差不超过-3.62%,装配间隙的存在可导致连接件疲劳寿命下降高达64.8%。

关键词：复合材料螺栓连接疲劳寿命孔变形装配间隙

以色列工党社会民主主义意识形态的右倾嬗变及其影响

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西亚非洲 2024年 50-75+154页

作者：吴诗尧对外经济贸易大学国际关系学院

以色列工党的社会民主主义意识形态寓于劳工犹太复国主义之中,是促成以色列建国与存续的关键思潮,也是中东地区代表性的社会民主主义思潮。由于受到理论实践环境变迁、所属政党类型特征、社会民主主义理论特质等因素共同驱动,这一思潮... 详细信息

以色列工党的社会民主主义意识形态寓于劳工犹太复国主义之中,是促成以色列建国与存续的关键思潮,也是中东地区代表性的社会民主主义思潮。由于受到理论实践环境变迁、所属政党类型特征、社会民主主义理论特质等因素共同驱动,这一思潮呈现出右倾嬗变趋势,并由此具体区分为建设性社会主义、左翼价值观、社会民主主义等不同发展阶段。究其根源,以色列工党社会主义观的修正和改良导致其社会民主主义意识形态的价值理念、目标追求和实践路径相应改变,进而致使该思潮所蕴含的左、右翼元素此消彼长,意识形态光谱位置持续向右偏移。在犹太复国主义运动中和以色列建国初期,以色列工党的社会民主主义意识形态曾经是用以指导当地社会建构与经济建设的重要理论工具,也是以色列工党用以壮大社会基础、塑造社会共识的思想法宝之一。而在此之后,这一思潮的右倾嬗变进一步广泛并且深刻地影响了以色列的政坛格局、社会面貌以及国家发展和治理模式。特别是近年来,这一思想的右倾幅度加剧,客观上推动以色列社会呈现结构性右倾,并对以色列工党的政坛发展产生了复杂影响。

关键词：政党政治以色列工党社会民主主义社会民主党

低温破碎及装药结构对内弹道性能影响的数值分析

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火炸药学报 2024年第4期47卷 381-392页

作者：林杨淦刘东尧南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

以大口径火炮密实装药发射安全性为背景,对火药颗粒低温破碎及装药结构对内弹道特性的影响进行了数学建模和仿真分析。针对中心点传火管结构的大口径火炮密实装药,建立传火管及装药床的双一维两相流数学模型,结合膛内火药颗粒应力及破... 详细信息

以大口径火炮密实装药发射安全性为背景,对火药颗粒低温破碎及装药结构对内弹道特性的影响进行了数学建模和仿真分析。针对中心点传火管结构的大口径火炮密实装药,建立传火管及装药床的双一维两相流数学模型,结合膛内火药颗粒应力及破碎度函数,采用数值差分方法对内弹道过程进行数值仿真,研究火药温度及混合装药方案对火药颗粒破碎度及火炮内弹道性能的影响。结果表明,在低温条件下,单一装药结构火药颗粒将发生破碎,且破碎度随温度降低而增大,在-20℃和-40℃条件下,最大破碎度分别达到1.896和2.487,膛内压力分别为690.32MPa和803.64MPa,增幅达到16.4%;在总装药质量6.25kg不变的条件下,小颗粒药装药质量从0增至0.4kg,最大破碎度从2.487减至1.803,膛内压力从803.64MPa减至740.81MPa,由此可见混合装药结构可以有效避免火药颗粒的破碎。

关键词：物理化学火药破碎低温破碎内弹道发射安全性大口径火炮

基于二阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 697-704页

作者：侯进盛尧宝张波西南交通大学信息科学与技术学院智能感知智慧运维实验室成都611756

为了减小天线阵流形误差对波达方向(DOA)估计结果的影响,以及克服基于传统盲源分离算法的DOA估计算法不能应用于少通道测向设备的不足,提出一种基于2阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计算法。首先,根据确定性最大似然(DML)估计算法... 详细信息

为了减小天线阵流形误差对波达方向(DOA)估计结果的影响,以及克服基于传统盲源分离算法的DOA估计算法不能应用于少通道测向设备的不足,提出一种基于2阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计算法。首先,根据确定性最大似然(DML)估计算法谱函数的特征,构造关于协方差矩阵的酉约束下的优化问题;然后,通过优化该问题获得各个单信号的实际方向向量;最后,将各个单信号的实际方向向量输入到空间谱算法中实现DOA估计。由于将多信号的DOA估计转化为多个单信号的DOA估计,因此在天线阵列流形存在误差时,所提算法比传统的DOA方法具有更好的DOA估计性能。由于所提算法仅需使用协方差矩阵,因此所提算法可应用于少通道测向设备。由仿真实验结果可知,在阵列流形存在误差以及测向设备为少通道测向设备时,与传统DOA方法相比,所提算法的DOA估计的准确度、抗扰度以及分辨率更高。

关键词： DOA估计天线阵列流形误差盲源分离酉约束

基于深度文本聚类的论文与专利数据融合方法研究

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数据分析与知识发现 2024年第4期8卷 112-124页

作者：谢士尧王小梅中国科学院科技战略咨询研究院北京100190 中国科学院大学公共政策与管理学院北京100049

【目的】克服论文与专利之间语言特征差异的障碍,将论文和专利数据按照研究主题集成融合。【方法】以维基百科为基本分类体系,通过半自动方式构建少量标注集,设计半监督深度文本聚类模型,将相似主题的论文与专利聚类融合,设计指标评估... 详细信息

【目的】克服论文与专利之间语言特征差异的障碍,将论文和专利数据按照研究主题集成融合。【方法】以维基百科为基本分类体系,通过半自动方式构建少量标注集,设计半监督深度文本聚类模型,将相似主题的论文与专利聚类融合,设计指标评估数据融合结果的质量。【结果】所提模型在两个数据集上的聚类准确率比其他基线模型提升了2.4~11.9个百分点,数据融合结果的质量评估得分超过0.9,优于基线模型,可以在已知主题的基础上补充研究主题。【局限】未利用融合数据开展实证分析,聚类数目需要人工确定。【结论】所提模型可以从论文和专利差异化的文本中提取与主题相关的特征,有效地实现数据融合。

关键词：深度文本聚类数据融合论文专利研究主题识别