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
• 来源期刊: 机器人
• 学科: 工学
• 关键词: 智能假肢 表面肌电信号 阻抗控制 人机交互
• 年，卷（期）: 2022,（5）
• 所属期刊栏目: “北京冬奥会暨冬残奥会机器人”专题
• 页码范围: 546-563
• 页数: 17页
• 分类号: TP242.3
• 语种: 中文
• DOI: 10.13973/j.cnki.robot.220156

摘要

针对肢体残障患者的假肢控制问题，搭建了一种基于sEMG（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。