人體下肢運動綜合信息處理與控制應用.pdf

1、可穿戴型助力機器人技術是近年來比較嶄新的一個研究領域，涉及機器人學、人體工程學、控制理論、傳感器技術、信息處理技術、模式識別等?？纱┐餍椭C器人屬于外骨骼機器人的一種，其目的是為了增強人體的運動能力、擴大人體的運動范圍。它能充分結合人類的智力和機器人的“體力”進行優(yōu)勢互補，充分貫穿“以人為核心”的人機一體化技術，強調人的智能參與到機器人的助力控制中。 在可穿戴型助力機器人的技術研究中，機器人能否及時、準確地感知使用者的運動意圖

2、，是解決機器人實時助力的重要前提，同時也關系到整個系統(tǒng)的實時性、協(xié)調性。而人體運動意圖獲取的研究本身是人機接觸交互中的重要前沿。對于可穿戴型助力機器人來說，獲取何種類型的人體運動信息、如何對其進行定性或定量的分析，準確、快速的識別使用者的運動意圖是系統(tǒng)能夠實時提供助力的前提和基礎，同時系統(tǒng)還需根據(jù)使用者不同的運動及意圖迅速做出相應的響應。在國家自然科學基金“可穿戴型智能助力機器人技術研究”(No.60575054)和國家863項目“可穿

3、戴型助老助殘機器人示范平臺”(No.2006AA040204)資助下，本項研究通過深入分析人體下肢運動的特點，選擇常見的人體起立過程為主要研究對象，以下肢特定肌肉群的表面肌電信號(sEMG)為研究手段，探討一種基于下肢動力學信息的具有較強實時性和穩(wěn)定性的人體下肢運動意圖識別方法，旨在為提高可穿戴型助力機器人系統(tǒng)的簡捷性、實用性提供有效的途徑，同時使得人體運動信息的獲取變得簡單、直觀和穩(wěn)定。 具體內容概括如下： 通過分析人

4、體下肢運動的特點及其肌肉骨骼系統(tǒng)的組成和功能，比較目前人體運動信息檢測的一般方法，建立了人體下肢運動綜合信息獲取平臺，能實時獲取和記錄下肢特定肌肉群的表面肌電信息和相應的地面反作用力(FRF)。由于該平臺為基于CAN總線的分布式結構，因此具有良好的開放性和可擴展性。 借助現(xiàn)代信號分析和處理方法，采用小波包理論(WPT)對人體下肢起立過程中采集的肌電信號進行去噪，并對去噪后的表面肌電信號進行短時窗內的特征提取，利用神經(jīng)網(wǎng)絡集成理論

5、(NNE)識別起立過程的各個主要階段，從而實現(xiàn)起立過程各階段運動意圖的識別。 對應于基于表面肌電信息的起立過程各階段識別結果，研究相應的地面反力變化特征，結合表面肌電信息超前于力的特性和地面反力的直觀性、穩(wěn)定性，通過合理的的分析和實驗統(tǒng)計計算，確定了基于地面反力變化特征的人體起立過程各階段的識別方法，一定程度上解決了目前依靠經(jīng)驗知識確定地面反力閾值識別人體運動意圖準確性不高和適應性差的問題。將基于地面反力變化特征的起立過程各階段