【所屬領(lǐng)域】
智能制造、生命醫(yī)療
【痛點(diǎn)問題】
國(guó)內(nèi)外已經(jīng)涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的智能助行機(jī)器人產(chǎn)品或樣機(jī)，但針對(duì)下肢功能運(yùn)動(dòng)障礙患者的智能助行機(jī)器人研究仍然存在一定的局限性：
(1）助行機(jī)器人對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)意圖的識(shí)別研究主要依靠力傳感器，在運(yùn)動(dòng)意圖的定義和計(jì)算方面的差異較大；
(2）基于助行機(jī)器人的步態(tài)分析方面成果有限，人體行走能力依靠傳統(tǒng)的Holden步行功能分級(jí)以及Tinetti平衡與步態(tài)量表進(jìn)行評(píng)估，缺乏對(duì)步態(tài)參數(shù)的具體量化評(píng)估手段；
(3）自適應(yīng)參數(shù)導(dǎo)納控制、共享控制及交互力-位置混合控制等方法大多僅能在特定的人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)滿足使用，故只能用于單一功能的康復(fù)訓(xùn)練，難以滿足不同行走能力用戶的多樣化康復(fù)訓(xùn)練需求。
【解決方案】
本成果研究的面向下肢弱肌力人群的智能助行機(jī)器人，基于機(jī)載的力傳感器、激光傳感器、Kinect等設(shè)備，設(shè)計(jì)多模態(tài)人機(jī)交互接口，獲取人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；基于有監(jiān)督的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)步態(tài)事件分類算法模型，提取分析步態(tài)的時(shí)空參數(shù)，并且能夠應(yīng)用康復(fù)醫(yī)學(xué)功能評(píng)定理論進(jìn)行人體行走能力的智能綜合評(píng)估，根據(jù)評(píng)估的行走能力切換對(duì)應(yīng)的機(jī)器人模式。
圖1 智能助行機(jī)器人一代、二代、三代
【性能指標(biāo)】
1）機(jī)器人樣機(jī)：
人體運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別準(zhǔn)確率≥95%；
跟隨模式相對(duì)位置誤差≤15cm，相對(duì)角度誤差≤20°；
左腿擺動(dòng)、雙支撐相左向重心轉(zhuǎn)移、右腿擺動(dòng)和雙支撐相右向重心轉(zhuǎn)移四個(gè)步態(tài)相位識(shí)別準(zhǔn)確率≥95%。
2）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及行走能力評(píng)估一體化平臺(tái)：
正常行走、肢體約束異常狀態(tài)及趔趄、跌倒等緊急狀態(tài)識(shí)別準(zhǔn)確率≥90%。
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
1.基于混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論提出了肢體運(yùn)動(dòng)意圖演化模型，結(jié)合先進(jìn)濾波算法，提高了運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別的準(zhǔn)確性和魯棒性。
2.基于機(jī)載傳感器，僅利用非穿戴式方法獲取的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)步態(tài)參數(shù)進(jìn)行提取，無需患者穿戴額外設(shè)備。
3.構(gòu)建了評(píng)價(jià)行走能力的量化指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了符合康復(fù)醫(yī)學(xué)功能評(píng)定理論的人體行走能力智能綜合評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)康復(fù)醫(yī)師的有益補(bǔ)充。
【技術(shù)成熟度】
智能助行機(jī)器人已有樣品/樣機(jī)
【應(yīng)用前景】
智能助行機(jī)器人在醫(yī)療、生產(chǎn)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。首先在醫(yī)療領(lǐng)域，我國(guó)老年人口逐年增加，所占比重已經(jīng)超過10％，甚至超過全球老年人口總和的兩成。老齡化的過程使得老年人的四肢活動(dòng)能力逐漸下降，致使生活中產(chǎn)生了很多不便。特別是由脊髓損傷和中風(fēng)等疾病引起的運(yùn)動(dòng)障礙，對(duì)于老年人來講，即使得到及時(shí)的治療，隨后的康復(fù)訓(xùn)練也顯得尤為重要。智能助行機(jī)器人通過智能化的人機(jī)協(xié)調(diào)裝置來增強(qiáng)身體機(jī)能，擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)能力，可以為患者提供舒適、有效、安全的康復(fù)練習(xí)，使得他們可以自主生活，恢復(fù)信心，提高生活質(zhì)量。在生產(chǎn)領(lǐng)域，智能助行機(jī)器人可作為在一些環(huán)境惡劣場(chǎng)所工作人員的一種輔助設(shè)備，它不僅可以減少此類人員不必要的體能消耗，同時(shí)也可以提高工作效率。隨著機(jī)器人學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及人工智能技術(shù)等新興學(xué)科的不斷發(fā)展，智能助行機(jī)器人技術(shù)也在不斷的走向成熟。作為多學(xué)科交叉成果，助行機(jī)器人技術(shù)逐漸成為了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，并在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果已申請(qǐng)/授權(quán)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利，下表是部分展示：
【資質(zhì)榮譽(yù)】
2016中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)
2016日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展銀獎(jiǎng)
2019 湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)
【合作方式】
技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)入股、面談等
【專家介紹】
黃劍，華中科技大學(xué)教授、博導(dǎo)，人工智能與自動(dòng)化學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)系主任，中國(guó)測(cè)控技術(shù)“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室副主任，名古屋大學(xué)客座教授和巴黎第十二大學(xué)訪問教授。擔(dān)任IEEE CIS武漢支會(huì)副主席、武漢自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、《IEEE Transactions on Fuzzy Systems》等國(guó)際知名期刊編委。在ICRA、WCICA、Humanoid、CBS等國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議擔(dān)任程序委員會(huì)、組織委員會(huì)、評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)、專題委員會(huì)主席等。長(zhǎng)期從事康復(fù)與輔助機(jī)器人、人-機(jī)器人交互及機(jī)器人控制研究。發(fā)表SCI論文100余篇，獲中外授權(quán)專利30余件，研發(fā)了系列康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品或裝置。獲中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)(排1)、湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)(排2)和日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)。
【聯(lián)系方式】
CG23003
