[01546777]基于人体运动意识与运动机能特性的步行辅助机器人协调控制系统研究

本成果的研究任务来源于国家自然科学基金面上项目《基于人体运动意识与运动机能特性的步行辅助机器人协调控制系统研究》（项目编号61673224）。 在我国人口老龄化问题日益严重的背景下,老年人面临感知受限、决策受限、行动受限等困扰,难以与机器人协调工作。国家自然科学基金面上项目针对老年人运动意识与运动机能的特点,建立人与步行辅助机器人之间的人机协调控制系统。在该项目的支持下,最终解决了基于人体运动意识与运动机能特性的人机协调控制核心问题,让机器人更好地服务于老年人,切实提高我国老年人的健康水平。该课题完成了合同规定的任务,已通过验收。 本成果为面向老年人的步行辅助机器人协调控制系统研究,成果的核心为：（1）基于老年人步行时的脑电信号特点,建立了老年人的运动意识模型;（2）基于老年人步行时的肌电信号特点,建立了下肢协同肌的肌电驱动模型;（3）基于个性化的运动意识和运动机能模型建立步行辅助机器人控制系统;（4）针对人机协调控制过程中的核心问题,开发人机协调控制过程中的控制策略和关键技术;（5）采用理论、仿真、实验研究相结合的方案,对人机协调控制系统的设计和实验进行前期设计和后期实验验证。 本成果在研究期间共发表期刊论文16篇、会议论文12篇,培养博士生2名,硕士生10名。针对本成果所涉及的技术突破和技术创新申请发明专利2项,其中已授权专利1项。该成果获得ROBOCUP日本公开赛“家庭服务机器人”比赛“Education（实体组）”项目冠军、天津市科技进步二等奖等20多项国内外奖项。该成果已在天津赋力博智能科技有限公司进行应用和推广,获得30万元经济效益,有效地提高了人在步行时的运动效果。 本成果的主要创新点和性能指标描述如下： （1）针对老年人的运动意识与运动机能特性建立步行辅助机器人协调控制系统,有利于从根本上解决老年人因身体器官和机能老化难以与现有机器人协调控制的难题。 （2）针对老年人身体机能老化所带来的感知受限、决策受限、行动受限等问题,结合脑电信号、肌电信号分别建立个性化的老年人步行运动意图状态预测模型、下肢协同肌的肌电驱动模型,在此基础上建立步行辅助机器人控制系统,有助于步行辅助机器人满足不同老化程度老年人的步行辅助需求。 （3）针对老年人身体老化程度的差异性,研究人机协调控制策略,实现老年人与机器人的协调控制,满足因老年人个体差异所需要的不同步行辅助功能。