华南理工基于可穿戴式多模态人机接口的机械臂运动控制方法！从零基础到精通，收藏这篇就够了！

上肢运动障碍是一种常见的神经系统疾病，会损害患者肩膀、手臂、手腕和手指的运动能力，影响日常生活。机械臂作为一种上肢辅助设备已得到广泛应用，但传统的操纵杆或键盘控制方式并不适用于上肢运动功能严重受损的患者。针对这一问题，基于头部信号的人机接口控制机械臂成为了一个重要的研究方向。

目前已有一些利用脑电(EEG)、眼电(EOG)、肌电(EMG)等电生理信号或头部运动等非生理信号控制机械臂的研究，但仍存在一些局限性，如设备复杂不可穿戴、多维运动控制精度不高、连续运动控制难以实现等问题。华南理工大学的团队提出了一种基于可穿戴式多模态人机接口的机械臂运动控制方法，通过融合用户的眼电、头部姿态和语音等多种信号模态，实现了对机械臂在3维空间中的高精度连续运动控制。

▍****系统构成

本系统主要由信号采集设备、人机交互界面和机械臂系统组成。信号采集设备包括一个便携式智能头环和一台平板电脑。智能头环可采集用户的EOG信号和头部姿态信息，平板电脑内置麦克风用于采集语音。人机交互界面上设计了一些虚拟按钮，每个按钮映射到不同的控制指令。机械臂系统由一个7自由度机械臂和一台计算机组成。

整个系统的工作流程如下：智能头环采集用户的EOG信号和头部姿态信息传输给平板电脑，麦克风采集语音信号。平板电脑内的算法对采集到的信号进行分析处理，生成相应的控制指令传输给机械臂，机械臂据此执行相应的运动任务。

▍****信号分析与控制策略

眨眼检测算法

系统通过眨眼检测算法判断用户是否有主动眨眼动作。该算法分为离线校准和在线检测两部分。校准阶段利用短时能量和波形特征提取出能量阈值和波形阈值。在线检测每100ms执行一次，包括能量检测、波形检测和决策三个步骤,最终输出眨眼检测结果。

头部姿态映射

系统将智能头环IMU检测到的头部姿态数据映射为人机交互界面上虚拟光标的位置。通过卡尔曼滤波算法对IMU数据进行滤波，然后将欧拉角转换为虚拟光标位置的像素坐标。用户通过转动头部控制虚拟光标在界面上移动。

语音识别

使用语音识别引擎将用户的语音信号转换为文本指令。当识别到特定的关键词(如"停止")时，系统会立即停止机械臂的运动。

控制策略

系统将多模态信号转换为机械臂的运动控制指令。EOG信号主要用于识别用户的眨眼动作，通过眨眼可以点击人机交互界面上的虚拟按钮，控制机械臂执行抓取、释放、启动/停止等独立动作。头部姿态信息用于控制机械臂在水平面内沿任意角度连续运动，通过转头动作可以改变机械臂的运动方向。语音信号作为一种辅助控制信号，用于快速停止机械臂运动。综合利用这三种信号，可以实现对机械臂在3维空间内的灵活控制。

▍****实验与结果

实验招募了10名健康受试者对该系统进行测试，实验内容包括指令输出、2维目标跟踪、字母书写和3维物体抓取四个部分。结果表明，系统利用眨眼生成指令的准确率为96.67%，响应时间为1.51s，信息传输率达142.53bit/min，误报率仅0.05次/分钟。此外，系统在2维平面沿两条不同路线跟踪目标的均方根偏差分别为0.12和0.14，抓取3维物体的平均轨迹效率为92.65%，控制效果与手动控制相当。实验结果验证了利用所提出的多模态人机接口实现机械臂高效运动控制的可行性，以及它在辅助上肢运动功能障碍患者方面的应用潜力。

总之，本文提出了一种基于可穿戴式多模态人机接口的机械臂运动控制方法。该方法融合了用户的眼电、头部姿态和语音信号，可实现对机械臂在3维空间内的灵活控制。与已有方法相比，该系统具有设备简单可穿戴、控制指令丰富、响应速度快、连续运动控制精度高等优点。实验结果表明，利用该系统可以实现机械臂的高效控制，在辅助上肢运动功能障碍患者日常生活方面具有良好的应用前景。未来还可以进一步优化控制策略，提高系统的鲁棒性和易用性,并开展针对实际患者的临床应用研究。

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计算机热门就业方向

从目前市场情况来讲，网络安全的就业前景是非常不错的，2022年的统计数据，网络安全专业的缺口已经增长到140万人。

1、就业岗位多，发展方向广

①就业环境：网络安全可以在计算机科学与技术、信息通信、电子商务、互联网金融、电子政务等领域从事相关工作，还可以在政府机关事业单位、银行、保险、证券等金融机构，电信、传媒等行业从事相关工作。

②就业岗位：网络安全工程师、渗透测试工程师、代码审计工程师、等级保护工程师、安全运维工程师、安全运营工程师、安全服务工程师等。

2、薪资待遇可观，提升较快

作为一个新兴行业，网络安全人才的市场需求远远大于供给，企业想真正招到人才，就必须在薪酬福利上有足够的竞争优势。因此，网络安全领域的薪资近年来也呈现稳步增长的态势。

根据工信部发布的《网络安全产业人才发展报告》显示，网络安全人才平均年薪为21.28万元，整体薪资水平较高。数据显示，网络安全人才年薪主要集中在10-20万元，占比40.62%，与往年持平；其次是20-30万元，占比为38.43%，较2020年占比19.48%有显著提高；而年薪在10万以下人才占比由2020年的19.74%下降至2022年的9.08%。由此可见，网络安全行业作为新兴赛道，尚在快速发展阶段，从业人员薪资水平提升较快，也显示出网络安全行业相对更重视人才留存。

3、职业发展空间大

从网络安全专业学习的主要内容来看，包括linux运维、Python开发、渗透测试、代码审计、等级保护、应急响应、风险评估等。可见该网络安全专业的技术性很强，具有鲜明的专业特点，是一门能够学到真正技术的工科类专业之一。

因此，在职业发展上，网络安全专业除了就业岗位众多之外，由于专业技术性较强，在工作单位将处于技术核心骨干地位，职业发展空间很大。

盘点网络安全的岗位汇总

0****1

岗位一：渗透测试工程师

**岗位释义：**模拟黑客攻击，利用黑客技术，挖掘漏洞，提出修复建议。有些大厂，例如奇安信，甚至会将渗透岗位分为红蓝两方，对候选人的技术要求比较高，大部分刚入行的新人，也将渗透岗位作为后期的发展目标。

岗位职责：

负责对客户网络、系统、应用进行渗透测试、安全评估和安全加固
在出现网络攻击或安全事件时，提供应急响应服务，帮助用户恢复系统及调查取证
针对客户网络架构，建议合理的网络安全解决方案

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****2

岗位二：安全运维工程师

**岗位释义：**维护网络系统的正常、安全运行，如果受到黑客攻击，则需要进行应急响应和入侵排查安全加固。很多刚毕业入行的新人，基本都从运维做起。

岗位职责：

日常终端维护，操作系统安装加固
完成网络安全设备故障排查、处置
完成相关管理制度文档的编写和提交

**工作难度：**3颗星

薪资现状：

0****3

岗位三：安全运营工程师

**岗位释义：**在运维的基础上，高效可持续地不断提升企业的安全防御能力。

岗位职责：

负责监控、扫描等各类安全策略的制定和优化
负责信息安全事件的应急响应
参与网络安全评估工作、安全加固工作和监控等等

**工作难度：**3颗星

薪资现状：

0****4

岗位四：安全开发工程师

**岗位释义：**顾名思义，对安全产品及平台、策略等进行开发工作。

岗位职责：

负责网络安全产品的系统技术设计、代码开发与实现、单元测试、静态检查、本地构建等工作；
参与公司其他产品的系统技术设计以及研发工作。

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****5

岗位五：等保测评工程师

**岗位释义：**等保测评也叫等级保护测评，主要负责开展信息安全等级保护测评、信息安全风险评估、应急响应、信息安全咨询等工作。

岗位职责：

网络安全等级保护测评项目实施；
Web渗透测试、操作系统安全加固等安全项目实施配合

**工作难度：**3颗星

薪资现状：

0****6

岗位六：安全研究工程师

**岗位释义：**网络安全领域的研究人才。

岗位职责：

跟踪和分析国内外安全事件、发展趋势和解决方案
承担或参与创新型课题研究
参与项目方案设计，组织推动项目落实，完成研究内容、
负责网络安全关键技术攻关和安全工具研发

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****7

岗位七：漏洞挖掘工程师

**岗位释义：**主要从事逆向、软件分析、漏洞挖掘工作

岗位职责：

通过模拟实施特定方法所获得的结果，评估计算机网络系统安全状况；
通过特定技术的实施，寻找网络安全漏洞，发现但不利用漏洞。

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****8

岗位八：安全管理工程师

**岗位释义：**负责信息安全相关流程、规范、标准的制定和评审，负责公司整体安全体系建设。

岗位职责：

全业务系统网络安全技术体系的规划和建设，优化网络安全架构；
负责网络安全相关流程、规范、标准的指定和评审，高效处置突发事件；
负责网络安全防护系统的建设，提升网络安全保障水平；

**工作难度：**4颗星

0****9

岗位九：应急响应工程师

**岗位释义：**主要负责信息安全事件应急响应、攻击溯源、取证分析工作，参与应急响应、攻击溯源、取证分析技术的研究，提升整体重大信息安全事件应急处置能力。

岗位职责：

负责信息安全事件应急响应、攻击溯源、取证分析工作；
对安全事件的应急处置进行经验总结，开展应急响应培训；
负责各业务系统的上线前安全测试（黑盒白盒）及渗透测试工作；
参与应急响应、攻击溯源、取证分析技术的研究，提升整体重大信息安全事件应急处置能力。
跟踪国内外安全热点事件、主流安全漏洞、威胁情报、黑灰产动态并进行分析研究，形成应对方案；

**工作难度：**4颗星

薪酬现状：

岗位十：数据安全工程师

**岗位释义：**主要对公司的数据安全的日常维护和管理工作，确保公司数据安全。

岗位职责：

负责数据安全日常维护和管理工作，包括数据安全审核、数据安全事件的监控与响应、安全合规的审计与调查等；
负责数据安全标准规范的制定和管理，包括数据安全需求识别、风险分析、数据分级分类、数据脱敏、数据流转、泄露防护、权限管控等；推进相关安全管控策略在平台落地、执行。
负责开展与数据全生命周期管理有关的各项数据安全工作;
负责跨平台、跨地域数据传输、交互等数据安全方案制定与落地
定期组织开展数据安全自评工作，发现潜在数据安全风险，制定相应的管控措施，并推进落实整改。

**工作难度：**4颗星

薪酬现状：