申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2024-03-05

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN118244889A

主分类号：G06F3/01

分类号：G06F3/01;G06T19/00

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.25#公开

摘要：本发明公开了一种基于肌电信号的遥操作视触觉反馈动态刷新方法，首先建立多细节层次模型，包括触觉渲染模型和视觉渲染模型；然后获取操作者上肢的原始表面肌电信号；接下来将原始表面肌电信号输入信号提取模块获得操作者上肢肌肉紧张程度；再将肌肉紧张程度信号输入调节模块；最后呈现视触觉反馈。本发明方法能够增强操作者遥操作过程中的触觉沉浸感，从而提升其执行复杂精细操作任务的能力，同时该方法对计算机性能要求不高，易于实现。

主权项：1.一种基于肌电信号的遥操作视触觉反馈动态刷新方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：多细节层次模型建立；步骤1-1：触觉渲染模型；构建离散LOD触觉渲染模型实现具有不同分辨率的触摸渲染；离散LOD触觉渲染模型按分辨率由低到高共分为Nf+1层，表示触觉渲染模型处于第if层级，其中if＝0,1,…,Nf，Lf,0分辨率最低，分辨率最高；低层级的触觉渲染模型能够完全包络高层级的触觉渲染模型；步骤1-2：视觉渲染模型；采用离散LOD视觉渲染模型，按分辨率由低到高共分为Nv+1层，表示视觉渲染模型处于第iv层级，其中iv＝0,1,…,Nv，Lv,0分辨率最低，分辨率最高；步骤2：获取操作者上肢的原始表面肌电信号；利用肌电传感器获取操作者上肢的表面肌电信号sEMG，定义时刻t采集的各肌电信号原始数据依次为σ1t,σ2t,…,σNst,其中Ns为肌电传感器的信号通路数量；所组成的原始表面肌电信号向量为步骤3：将原始表面肌电信号输入信号提取模块获得操作者上肢肌肉紧张程度；步骤3-1：对原始表面肌电信号进行滤波预处理，得到的有效表面肌电信号为σt；步骤3-2：在时域内采用具有固定时间长度的滑窗对滑窗内有效表面肌电信号σt进行滑动平均，从而得到表征肌肉紧张程度信号βt；步骤4：将肌肉紧张程度信号输入调节模块；步骤4-1：将肌肉紧张程度信号输入触摸渲染模型LOD调节模块，触摸渲染模型LOD调节模块利用肌肉紧张程度信息作为离散LOD触摸渲染模型选择和切换的依据；步骤4-1-1：设计离散LOD触摸渲染模型执行切换时的肌肉紧张程度阈值序列；设计离散LOD触摸渲染模型执行切换时的肌肉紧张程度阈值序列为其中βfi∈0,1,i＝1,2,…,Nf代表触摸渲染模型层级Lf,i-1与Lf,i之间相互切换的肌肉紧张程度阈值，且βf中的元素满足步骤4-1-2：设计触摸渲染模型LOD切换策略；对每个阈值βfi,i＝1,2,…,Nf添加一对浮动因子和使得当肌肉紧张程度在中波动时，触摸渲染模型LOD不会发生切换；其中和均大于0且满足： 触摸渲染模型切换方式为： 步骤4-2：将肌肉紧张程度信号输入视觉渲染模型LOD调节模块；步骤4-2-1：设计离散LOD视觉渲染模型执行切换时的肌肉紧张程度阈值序列；设计离散LOD视觉渲染模型执行切换时的肌肉紧张程度阈值序列为其中βvi∈0,1,i＝1,2,…,Nv代表视觉渲染模型层级Lv,i-1与Lv,i之间相互切换的肌肉紧张程度阈值，且βv中的元素满足步骤4-2-2：设计视觉渲染模型LOD切换策略；对每个阈值βvi,i＝1,2,…,Nv添加一对浮动因子，包括和使得当肌肉紧张程度在中波动时，视觉渲染模型LOD不会发生切换；其中和均大于0且满足： 视觉渲染模型切换方式为： 步骤4-2-3：设计局部视觉渲染的刷新域；采用离散化视觉渲染模型LOD模型，离散化视觉渲染模型LOD模型的局部环境刷新域以操作者代理点的位置为中心，以操作者代理点移动速度矢量vo的方向为对称轴成对称扇形，扇形的圆心角为θ、半径为r且与操作者末端的移动速度的模|vo|呈正相关，即：r＝k|vo|步骤4-3：将肌肉紧张程度信号输入模糊调节模块；模糊控制器设计：将当前时刻肌肉紧张程度变化率及当前肌肉紧张程度与两侧触摸渲染LOD切换阈值的距离，即和共5个变量作为模糊控制器的输入，将5个变量分别用ω1,ω2,…ω5代替；将触摸渲染模型中的阻尼参数修正量△B作为模糊控制器的输出变量；针对变量ω2,ω3,…,ω5定义模糊集合U1＝{BG,SM}，其中的模糊子集依次代表大、小；针对变量ω1,△B定义模糊集合U2＝{PO，NE，ZE}，其中的模糊子集依次代表正、负、零；模糊子集BG和SM采用梯形隶属函数，PO、NE、ZE采用单一隶属函数，每个隶属函数的输出都属于[0,1]；定义模糊逻辑推理规则如表1：表1模糊逻辑推理规则表 对输出变量进行解模糊处理，将其映射为实数，应用到触摸渲染阻抗模型的参数修正中；选择最大隶属度法作为输出变量的解模糊方法，当最大隶属函数对应输出值的个数大于1时，利用所有具有最大隶属度输出值的平均值作为输出变量的值；步骤5：呈现视触觉反馈；步骤5-1：将视觉刷新域和视觉渲染模型LOD输入视觉渲染模型呈现模块对操作者进行视觉反馈，所述虚拟场景呈现模块包括基于Unity平台开发的视觉呈现软件，以及屏幕或VR眼镜等硬件设备所组成的能为操作者提供视觉反馈的功能模块；步骤5-2：将阻抗参数修正值和触摸渲染模型LOD输入触觉呈现模块从而对操作者进行触觉反馈，所述触觉呈现模块为手控器、手套等硬件设备及其配套软件所组成的能为操作者提供触觉反馈的功能模块。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西北工业大学 一种基于肌电信号的遥操作视触觉反馈动态刷新方法

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