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基于相變量的人體運(yùn)動(dòng)類型識(shí)別方法流程

　外肌肉機(jī)器人系統(tǒng)各組件示意圖

近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在外肌肉機(jī)器人領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究的具備高泛化能力的人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別方法，與對(duì)人體步頻特性不敏感的外肌肉機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)提升機(jī)器人適應(yīng)能力、輔助效率以及對(duì)促進(jìn)機(jī)器人在智能醫(yī)療、智能養(yǎng)老等領(lǐng)域的實(shí)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(guó)人口普查數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)60歲及以上人口約有2.6億人，占總比18.7%，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了老齡化社會(huì)。老年人的身體機(jī)能衰退、肌肉功能退化等問(wèn)題，導(dǎo)致他們逐漸脫離社會(huì)，隨之帶來(lái)的是生活質(zhì)量與尊重程度的雙重下降。外肌肉機(jī)器人是與人共融機(jī)器人的一種，通過(guò)驅(qū)動(dòng)“附著”在人體肌肉/肌腱表面的人工肌肉線束，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)肌群的精準(zhǔn)輔助。相較于外骨骼機(jī)器人，外肌肉機(jī)器人具有更柔性的本體與更精準(zhǔn)的輔助方式，可有效促進(jìn)穿戴者肌肉功能重建。但這種人機(jī)同體的緊密作業(yè)方式，致使穿戴者的運(yùn)動(dòng)很容易受到機(jī)器人在決策與行為方面的偏差的影響，而如何提升機(jī)器人對(duì)穿戴者運(yùn)動(dòng)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(jī)器人研究的難點(diǎn)。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所控制組的科研人員以機(jī)器人識(shí)別與控制的高適應(yīng)性為目標(biāo)，受啟發(fā)于人體下肢運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)與節(jié)律/CPG驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，開(kāi)展了具備高適應(yīng)性的人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別與機(jī)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(yùn)動(dòng)類型識(shí)別方法，并進(jìn)一步驗(yàn)證了在下肢運(yùn)動(dòng)障礙人群運(yùn)動(dòng)功能量化評(píng)估方面的應(yīng)用可行性；結(jié)合人體下肢運(yùn)動(dòng)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(jī)器人控制系統(tǒng)，提升機(jī)器人對(duì)人體步頻、運(yùn)動(dòng)環(huán)境與人機(jī)耦合動(dòng)力學(xué)特性等變化的快速適應(yīng)能力。該研究將人體運(yùn)動(dòng)更本質(zhì)的特性融入到機(jī)器人交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，為機(jī)器人策略設(shè)計(jì)與行為規(guī)劃的研究提供了新的思路。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所控制組在康復(fù)機(jī)器人、腦肌電信號(hào)處理等領(lǐng)域開(kāi)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(gè)知名國(guó)際期刊上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。