基于相變量的人體運動(dòng)類(lèi)型識別方法流程

　外肌肉機器人系統各組件示意圖

近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在外肌肉機器人領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究的具備高泛化能力的人體運動(dòng)識別方法，與對人體步頻特性不敏感的外肌肉機器人系統，對提升機器人適應能力、輔助效率以及對促進(jìn)機器人在智能醫療、智能養老等領(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。

根據第七次全國人口普查數據，國內60歲及以上人口約有2.6億人，占總比18.7%，標志著(zhù)我國已經(jīng)進(jìn)入了老齡化社會(huì )。老年人的身體機能衰退、肌肉功能退化等問(wèn)題，導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。外肌肉機器人是與人共融機器人的一種，通過(guò)驅動(dòng)“附著(zhù)”在人體肌肉/肌腱表面的人工肌肉線(xiàn)束，實(shí)現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(jìn)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(dòng)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(dòng)狀態(tài)的快速適應能力，是減少這種偏差的關(guān)鍵，也是當前機器人研究的難點(diǎn)。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所控制組的科研人員以機器人識別與控制的高適應性為目標，受啟發(fā)于人體下肢運動(dòng)的狀態(tài)驅動(dòng)與節律/CPG驅動(dòng)特點(diǎn)，開(kāi)展了具備高適應性的人體運動(dòng)識別與機器人控制方法的研究?；谌梭w相平面與相曲線(xiàn)的概念，利用相曲線(xiàn)的特征相似度不變特性，提出了一種可適應不同受試者、不同步態(tài)模式的人體運動(dòng)類(lèi)型識別方法，并進(jìn)一步驗證了在下肢運動(dòng)障礙人群運動(dòng)功能量化評估方面的應用可行性；結合人體下肢運動(dòng)的節律特性，構建了一種可快速適應人體步頻變化的外肌肉機器人控制系統，提升機器人對人體步頻、運動(dòng)環(huán)境與人機耦合動(dòng)力學(xué)特性等變化的快速適應能力。該研究將人體運動(dòng)更本質(zhì)的特性融入到機器人交互系統設計當中，為機器人策略設計與行為規劃的研究提供了新的思路。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所控制組在康復機器人、腦肌電信號處理等領(lǐng)域開(kāi)展了系統性的理論及應用研究工作，研究成果先后發(fā)表在多個(gè)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(diǎn)研發(fā)計劃等項目的支持。