面向截瘫外骨骼机器人的人机双向交互多模态信息反馈研究

发布时间：2020-10-26 08:36

　　 为满足脊髓损伤患者站立行走及独立生活需求,以截瘫外骨骼机器人为代表的智能辅助设备相继出现。但当前外骨骼普遍缺乏信息反馈功能,截瘫患者由于下肢脊髓损伤及本体感觉丧失,无法感知当前下肢运动状态,在复杂环境运动状态切换时,无法明确外骨骼下一步运动状态,对行走效率及安全等都带来了不便。即当前外骨骼人机系统仅存在从人到机的交互过程,需要重新建立由机到人的信息反馈通路,实现双向交互。信息反馈依赖于人的感知系统,能够弥补感知通路受阻,实现机到人的信息传递。本文拟采用多模态信息反馈向穿戴者提供外骨骼当前状态信息及步态切换时下一步运动信息,使穿戴者能够根据反馈信息及时调整状态,保持行走的稳定及安全从而实现自然的人机双向交互,主要内容分为以下几点:(1)面向外骨骼当前运动状态的振动触觉反馈研究外骨骼当前运动状态振动触觉反馈实验基于振动强度和位置变化两种反馈方式进行,通过实验数据分析及主观问卷调查,拟采用基于振动强度变化反馈方式,准确率达90%。随后进行了振动触觉反馈实际系统验证,结果表明该反馈对穿戴者行走时腿部运动状态“感知”有效。(2)面向外骨骼下一步运动状态的听觉反馈研究外骨骼听觉反馈实验基于语音及乐音进行,实验结果及主观问卷表明,基于语音的听觉反馈效果较好,准确率为100%。随后进行了语音反馈在外骨骼实际系统中的应用,当语音反馈出现在上一步摆动周期时,受试者更能够及时准确感知。(3)外骨骼多模态信息反馈研究外骨骼人机双向交互多模态反馈系统使用基于强度变化的振动触觉与语音反馈方式进行,基于两种反馈方式的外骨骼下一步运动状态识别准确率达98.81%,且受试者能够及时感知。在实际系统验证实验中,受试者完成行走任务更加流畅自然,不会受信息反馈的影响,同时增强了穿戴外骨骼行走时的安全感与感知能力。基于振动触觉和听觉的多模态信息反馈技术能够帮助穿戴者准确地感知外骨骼运动状态,保持运动稳定安全及流畅性,从而能够更好地实现人与外骨骼系统双向交互。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242
【部分图文】：

基于视觉反馈的腿部训练示意图

结合触觉反馈的双向人机交互系统示意图

图1-4双向人机交互训练流程示意图
【参考文献】

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本文编号：2856767