第四期上海交通大学大学生创新实践计划优秀项目信息

项目名称：六自由度的加速传感器位移定位系统审计

参与学生：机械与动力工程学院 田嘉劲

                  电子信息与电气工程学院 葛云飞

                  电子信息与电气工程学院 黄昊

指导老师：机械与动力工程学院 胡晖

项目状态：项目升级

项目简介：

随着微机电技术的发展，微型惯性测量组合已经显现出了其优异的性能，而加速度测量在微惯性测量组合中具有极其重要的作用。通过加速度计可以得到载体的运动速度和位置等导航信息，因此开展微惯性测量组合的研究具有十分重要的意义。在该项目中，本小组成员对运用加速度传感器和角加速度传感器的组合实现目标物体空间定位的算法进行了研究，包括目标物体连体坐标系与绝对坐标系的坐标变换以及近似积分两部分，通过坐标系变换矩阵将加速度传感器实测的加速度值转换成物体在绝对坐标系下沿坐标轴的加速度值，并通过两次近似积分运算得到物体的坐标，实现目标物体的定位。

项目名称： 水动清洁牙刷

参与学生：机械与动力工程学院 束银辉

                  机械与动力工程学院 郑斌

                  电子信息与工程学院 余航辰

                  医学院 张茂琛

指导老师：机械与动力工程学院 高峰

项目状态：项目升级

项目简介：

随着能源问题和环境问题越来越突出，如何尽量减少对能源的使用已经成为我们研究的重中之重。该项目研发得到了一种新型水动清洁牙刷，在推向市场后可以极大的方便人们的生活同时提高人们的生活质量。在此基础上可以起到节能减排的作用。与普通牙刷相比，水动牙刷具备电动牙刷的所有功能和优点，同时更符合人体工程学的人性化设计，通过高频振动更有效地实现清洁牙齿的目的。除此之外，水动牙刷不再依赖于电，可以用水代替电；可以持续保持口中有水分的存在，实现冲牙器的功能来更好地清洁牙齿；利用水的按摩，给人更舒适的体验。

本小组发现有一种高效率的递归滤波器（后称为“卡尔曼滤波器”），它能够从一系列不完全及包含噪声的测量中，估计动态系统的状态。因此在本研究中，我们希望通过常见的MEMS运动传感器，经过卡尔曼滤波等一系列滤波、融合等数字信号处理方法，准确地获得操作者手的运动状态，并生成实用的运动信息和控制信息，对操作目标进行控制。

项目名称：手动机器人自然人机界面

参与学生：机械与动力工程学院 高轶凡

                  机械与动力工程学院 朱皇儒

                  机械与动力工程学院 冯文博

指导老师：机械与动力工程学院 殷跃红

项目状态：项目升级

项目简介:

传统的控制方法，如机器人的示教、运动控制、遥控航模控制等，一般采用按键、摇杆等机械控制器件，都具有控制自由度少、操作不直观等缺点。在半导体科技的不断发展中，出现了新型的MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电传系统）传感器。这类传感器可将物理运动以较高的分辨率和精度转化为数字信号，输出到数字系统进行后期处理。这类传感器具有体积小，耗电量低，全数字操作，价格低廉等特点。但由于技术上的问题，没有传感器可以理想地将物理量精确转换为数字量，MEMS传感器也是如此。由于单个MEMS传感器采集到的运动数据都具有各种类型的误差，如零点偏移、非线性性、采样值超调、随机信号干扰等，无法精确地从中获得理想的运动数据。因此，为了测量空间6个自由度的运动，一般选择多种类型的传感器，且使传感器自由度之和多于6个，通过冗余自由度采集的数据，对运算结果进行修正，既减小了测量误差，又可使不同类型传感器的特点互相补充，使运算所得结果最接近真实运动。如何使用好这些现有的传感器，将传感器获得的数据能转化成有用的信息成了全世界的一大难题。

本设计使用新型MEMS传感器，采集人手的运动，对采集到的数据进行滤波、融合等数字运算后，输出平稳、实用的描述人手运动的数据，以便输入机器人、遥控模型、计算机等目标控制对象，对其进行控制。由于直接采集人手的运动，无需操作者学习指令、按键等传统操作方法，可大大提高对目标的控制舒适度和效率。