面向智能假肢手臂的生机接口系统与类神经协同控制

作     者：李纪桅 张弼 姚杰 赵明 徐壮 赵新刚 LI Jiwei;ZHANG Bi;YAO Jie;ZHAO Mingli;XU Zhuang;ZHAO Xingang

作者机构：中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFF0306201) 国家自然科学基金(61821005,62103406) 辽宁省自然科学基金(2021-MS-032) 辽宁省“兴辽英才计划”(XLYC1908030) 中国科学院“区域发展青年学者”(2021-004) 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2022年第44卷第5期

页      码：546-563页

摘      要：针对肢体残障患者的假肢控制问题,搭建了一种基于s EMG(表面肌电信号)的智能假肢手臂系统,实现手臂残障程度较高患者的手-肘协调控制。首先,基于肌肉协同理论,使用非负矩阵分解(NMF)方法提取肌肉协同作用,并进行手部动作识别以及肘关节的连续运动估计。其次,基于意图识别结果构建“前馈-反馈”控制框架,对受试者进行前馈监督与反馈检测;根据前馈-反馈结果调整期望的控制输入,提高假肢系统的舒适性与鲁棒性。然后,针对手部动作,构建一种自适应调整抓握力度的框架,通过力、位信息交替控制,实现不同刚度、不同形状物体的自适应抓握;对于肘部运动,设计一种基于识别结果的阻抗控制算法,实现手-肘一体化假肢的稳定的人机交互控制。最后,由6名健康受试者、1名手臂残障受试者对以上控制策略进行实验验证,对手臂整体运动实现了较为准确的意图识别,同时也完成了稳定的肘部屈伸以及手部抓取,做到了手-肘的一体化协调控制。最终该套系统在北京2022年冬残奥会实现了应用展示。

主 题 词：智能假肢 表面肌电信号 阻抗控制 人机交互 

学科分类：0710[理学-生物科学类] 080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 0811[工学-水利类] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.13973/j.cnki.robot.220156

馆 藏 号：203114491...