現(xiàn)狀分析：

• 計(jì)算機(jī)專業(yè)：計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)指在開設(shè)學(xué)科是以軟件和系統(tǒng)開發(fā)方向?yàn)橹鞯挠?jì)算機(jī)相關(guān)學(xué)科，培養(yǎng)掌握編程語(yǔ)言和算法的實(shí)際應(yīng)用能力。計(jì)算機(jī)技術(shù)具有明顯的綜合特性，它與電子工程、現(xiàn)代通信技術(shù)、信號(hào)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能、應(yīng)用數(shù)學(xué)等緊密結(jié)合，培養(yǎng)出高水平應(yīng)用型人才，發(fā)展前景良好。
• 自動(dòng)化專業(yè)：自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)多學(xué)科交叉的專業(yè)。自動(dòng)化主要研究電子技術(shù)、自動(dòng)控制、系統(tǒng)工程、信息處理等方面的基本知識(shí)和技術(shù)，進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)與研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種裝置和系統(tǒng)的自動(dòng)控制，涉及到信號(hào)檢測(cè)、信息識(shí)別和智能控制等。例如：大廈自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造、工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)控制、智能人機(jī)交互系統(tǒng)的研發(fā)等。
• 機(jī)械電子專業(yè)：機(jī)械電子工程專業(yè)又稱機(jī)電一體化專業(yè)，是機(jī)械工程與自動(dòng)化的一種。機(jī)械電子工程專業(yè)包括基礎(chǔ)理論知識(shí)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法，計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用能力，軟件算法應(yīng)用能力，能承擔(dān)各類機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和開發(fā)工作。

        如何構(gòu)建一體化智能人機(jī)交互系統(tǒng)，方便開展模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)等課程，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的趣味性和實(shí)用性，是人機(jī)交互平臺(tái)的難點(diǎn)。

設(shè)計(jì)思想：

• 可穿戴：傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式如鍵盤、鼠標(biāo)等不方便攜帶，不適合便攜式人機(jī)交互。而基于表面肌電的人機(jī)交互方式通過(guò)采集人體皮膚表面的微弱的生理電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)意圖指令的解碼。肌電手環(huán)具有便攜性，可以穿戴在手臂上，便于實(shí)際場(chǎng)景中實(shí)時(shí)人機(jī)交互。
• 智能識(shí)別：表面肌電信號(hào)是一種時(shí)變的、易受干擾的非平穩(wěn)信號(hào)。如何準(zhǔn)確的識(shí)別出人體運(yùn)行意圖至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波，提取時(shí)頻域統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，使用人工智能算法來(lái)識(shí)別出人體的意圖，進(jìn)而控制機(jī)械臂執(zhí)行預(yù)定義的動(dòng)作，并且實(shí)現(xiàn)人在環(huán)路的實(shí)時(shí)交互。
• 一體化框架：該系統(tǒng)融合了UI交互界面、嵌入式控制器、肌電手環(huán)、機(jī)械臂系統(tǒng)，提供基于python語(yǔ)言的統(tǒng)一的框架，方便操作者的使用和二次開發(fā)。整體方案圖如下圖1所示。

關(guān)鍵技術(shù)：

      沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所（以下簡(jiǎn)稱沈自所）成立于1958年，長(zhǎng)期從事機(jī)器人、智能制造和光電信息技術(shù)相關(guān)的研究。作為中國(guó)機(jī)器人事業(yè)的搖籃，在中國(guó)機(jī)器人事業(yè)發(fā)展歷創(chuàng)造了二十多個(gè)，中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的研究發(fā)展，解決了國(guó)家制造業(yè)發(fā)展一系列重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

      肌電交互系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是意圖解碼的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。沈自所研發(fā)的智能肌電交互系統(tǒng)，基于python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)UI交互界面、信號(hào)采集和處理、機(jī)器人控制的一體化平臺(tái)構(gòu)建，方便使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行二次開發(fā)，為模式識(shí)別、信號(hào)處理等課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。為了加速計(jì)算機(jī)和人工智能等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用的方面人才的培養(yǎng)提供助力。

產(chǎn)品特點(diǎn)

PRODUCT FEATURES

      肌電交互系統(tǒng)以肌電假手、二至七自由度機(jī)械臂、外骨骼以及智能假肢等機(jī)器人為被控對(duì)象，并配備簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面。采用模塊化設(shè)計(jì)理念，具有理實(shí)一體、操作簡(jiǎn)單、趣味性強(qiáng)、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，極大的提高師生的參與程度，為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供多用途、層次豐富、省空間、安全易用、易于擴(kuò)展的肌電交互系統(tǒng)。

• 理實(shí)一體

      平臺(tái)以手勢(shì)識(shí)別與交互為目的，主要流程包括信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)采集、信號(hào)預(yù)處理、特征提取和模式識(shí)別，離線訓(xùn)練的模型用于在線的控制決策上，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，從實(shí)踐中一步一步加深對(duì)肌電識(shí)別原理的理解。以交互平臺(tái)為擴(kuò)展，支持機(jī)械臂、肌電假手、外骨骼、智能假肢等多樣化機(jī)器人控制。以項(xiàng)目開發(fā)為驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)化肌電交互系統(tǒng)的實(shí)踐性、實(shí)用性和通用性。結(jié)合學(xué)生興趣愛好，選擇合適的交互被控對(duì)象，開發(fā)肌電交互小游戲，使學(xué)生達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、活學(xué)活用的培養(yǎng)目標(biāo)。

      平臺(tái)配備有簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面，肌電信號(hào)采集、預(yù)處理、離線訓(xùn)練、在線識(shí)別通過(guò)點(diǎn)擊界面對(duì)應(yīng)按鈕即能實(shí)現(xiàn)。肌電采集時(shí)會(huì)顯示動(dòng)作教學(xué)圖片，指導(dǎo)使用者做出相應(yīng)的動(dòng)作，并且界面還具備顯示肌電信號(hào)的功能，供使用者直觀感受肌電采集過(guò)程。

• 趣味性強(qiáng)

      為了增加同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，肌電交互平臺(tái)配備了肌電控制抓取以及剪刀石頭布等互動(dòng)游戲。其中肌電控制抓取指通過(guò)自身肌電信號(hào)控制一個(gè)六自由度機(jī)械臂和肌電假手對(duì)物品進(jìn)行抓取與擺放，與工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)定軌跡不同的是，此處的抓取與擺放過(guò)程由自身控制，使同學(xué)們時(shí)時(shí)刻刻都能感受到操控的樂(lè)趣。石頭剪刀布游戲是通過(guò)肌電交互系統(tǒng)模仿現(xiàn)實(shí)生活中的游戲場(chǎng)景，同學(xué)可以通過(guò)石頭剪刀布和肌電假手進(jìn)行實(shí)時(shí)的互動(dòng)，增強(qiáng)同學(xué)通過(guò)肌電交互的體驗(yàn)。

• 易于擴(kuò)展

      在肌電交互系統(tǒng)中，被控對(duì)象可以是各式各樣的機(jī)器人。目前我們支持二到七自由度的主流機(jī)械臂（包括ABB、KUKA、UR、Fanuc、愛普生、Yaskawa、大象等等）或自主研發(fā)的機(jī)械臂、肌電假手、智能假肢、外骨骼等等，可按需進(jìn)行選擇。以及支持在各系統(tǒng)操作，比如Windows、Linux、Mac等。并支持肌電融合視覺、觸覺進(jìn)行交互式開發(fā)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

PRODUCT FEATURES

模式識(shí)別

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：

高級(jí)實(shí)驗(yàn)：

sEMG信號(hào)處理：

科研方向

• 抓取與擺放

      通過(guò)識(shí)別肌電信號(hào)，操控假手以及機(jī)械臂配合來(lái)達(dá)到抓取以及擺放物品的目的.如下圖14：

• 開發(fā)肌電互動(dòng)小游戲

      通過(guò)肌電交互系統(tǒng)模仿現(xiàn)實(shí)生活中的游戲場(chǎng)景，開發(fā)一些互動(dòng)小游戲，比如石頭剪刀布等

• 用于醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域

      比如通過(guò)患者的肌電信號(hào)控制智能假肢運(yùn)動(dòng)，來(lái)達(dá)到患者操控假肢的目的，具體原理如下圖所示