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基于相變量的人體運動類型識別方法流程
外肌肉機器人系統(tǒng)各組件示意圖
近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所在外肌肉機器人領(lǐng)域取得新進展，研究的具備高泛化能力的人體運動識別方法，與對人體步頻特性不敏感的外肌肉機器人系統(tǒng)，對提升機器人適應(yīng)能力、輔助效率以及對促進機器人在智能醫(yī)療、智能養(yǎng)老等領(lǐng)域的實用化具有重要意義。相關(guān)論文分別被IEEE Transactions on Human-Machine Systems和IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 錄用。
根據(jù)第七次全國人口普查數(shù)據(jù)，國內(nèi)60歲及以上人口約有2.6億人，占總比18.7%，標志著我國已經(jīng)進入了老齡化社會。老年人的身體機能衰退、肌肉功能退化等問題，導(dǎo)致他們逐漸脫離社會，隨之帶來的是生活質(zhì)量與尊重程度的雙重下降。外肌肉機器人是與人共融機器人的一種，通過驅(qū)動“附著”在人體肌肉/肌腱表面的人工肌肉線束，實現(xiàn)對目標肌群的精準輔助。相較于外骨骼機器人，外肌肉機器人具有更柔性的本體與更精準的輔助方式，可有效促進穿戴者肌肉功能重建。但這種人機同體的緊密作業(yè)方式，致使穿戴者的運動很容易受到機器人在決策與行為方面的偏差的影響，而如何提升機器人對穿戴者運動狀態(tài)的快速適應(yīng)能力，是減少這種偏差的關(guān)鍵，也是當(dāng)前機器人研究的難點。
沈陽自動化所控制組的科研人員以機器人識別與控制的高適應(yīng)性為目標，受啟發(fā)于人體下肢運動的狀態(tài)驅(qū)動與節(jié)律/CPG驅(qū)動特點，開展了具備高適應(yīng)性的人體運動識別與機器人控制方法的研究。基于人體相平面與相曲線的概念，利用相曲線的特征相似度不變特性，提出了一種可適應(yīng)不同受試者、不同步態(tài)模式的人體運動類型識別方法，并進一步驗證了在下肢運動障礙人群運動功能量化評估方面的應(yīng)用可行性；結(jié)合人體下肢運動的節(jié)律特性，構(gòu)建了一種可快速適應(yīng)人體步頻變化的外肌肉機器人控制系統(tǒng)，提升機器人對人體步頻、運動環(huán)境與人機耦合動力學(xué)特性等變化的快速適應(yīng)能力。該研究將人體運動更本質(zhì)的特性融入到機器人交互系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，為機器人策略設(shè)計與行為規(guī)劃的研究提供了新的思路。
沈陽自動化所控制組在康復(fù)機器人、腦肌電信號處理等領(lǐng)域開展了系統(tǒng)性的理論及應(yīng)用研究工作，研究成果先后發(fā)表在多個知名國際期刊上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號