面向截癱外骨骼機(jī)器人的人機(jī)雙向交互多模態(tài)信息反饋研究

發(fā)布時間：2020-10-26 08:36

　　為滿足脊髓損傷患者站立行走及獨立生活需求,以截癱外骨骼機(jī)器人為代表的智能輔助設(shè)備相繼出現(xiàn)。但當(dāng)前外骨骼普遍缺乏信息反饋功能,截癱患者由于下肢脊髓損傷及本體感覺喪失,無法感知當(dāng)前下肢運動狀態(tài),在復(fù)雜環(huán)境運動狀態(tài)切換時,無法明確外骨骼下一步運動狀態(tài),對行走效率及安全等都帶來了不便。即當(dāng)前外骨骼人機(jī)系統(tǒng)僅存在從人到機(jī)的交互過程,需要重新建立由機(jī)到人的信息反饋通路,實現(xiàn)雙向交互。信息反饋依賴于人的感知系統(tǒng),能夠彌補(bǔ)感知通路受阻,實現(xiàn)機(jī)到人的信息傳遞。本文擬采用多模態(tài)信息反饋向穿戴者提供外骨骼當(dāng)前狀態(tài)信息及步態(tài)切換時下一步運動信息,使穿戴者能夠根據(jù)反饋信息及時調(diào)整狀態(tài),保持行走的穩(wěn)定及安全從而實現(xiàn)自然的人機(jī)雙向交互,主要內(nèi)容分為以下幾點:(1)面向外骨骼當(dāng)前運動狀態(tài)的振動觸覺反饋研究外骨骼當(dāng)前運動狀態(tài)振動觸覺反饋實驗基于振動強(qiáng)度和位置變化兩種反饋方式進(jìn)行,通過實驗數(shù)據(jù)分析及主觀問卷調(diào)查,擬采用基于振動強(qiáng)度變化反饋方式,準(zhǔn)確率達(dá)90%。隨后進(jìn)行了振動觸覺反饋實際系統(tǒng)驗證,結(jié)果表明該反饋對穿戴者行走時腿部運動狀態(tài)“感知”有效。(2)面向外骨骼下一步運動狀態(tài)的聽覺反饋研究外骨骼聽覺反饋實驗基于語音及樂音進(jìn)行,實驗結(jié)果及主觀問卷表明,基于語音的聽覺反饋效果較好,準(zhǔn)確率為100%。隨后進(jìn)行了語音反饋在外骨骼實際系統(tǒng)中的應(yīng)用,當(dāng)語音反饋出現(xiàn)在上一步擺動周期時,受試者更能夠及時準(zhǔn)確感知。(3)外骨骼多模態(tài)信息反饋研究外骨骼人機(jī)雙向交互多模態(tài)反饋系統(tǒng)使用基于強(qiáng)度變化的振動觸覺與語音反饋方式進(jìn)行,基于兩種反饋方式的外骨骼下一步運動狀態(tài)識別準(zhǔn)確率達(dá)98.81%,且受試者能夠及時感知。在實際系統(tǒng)驗證實驗中,受試者完成行走任務(wù)更加流暢自然,不會受信息反饋的影響,同時增強(qiáng)了穿戴外骨骼行走時的安全感與感知能力�；谡駝佑|覺和聽覺的多模態(tài)信息反饋技術(shù)能夠幫助穿戴者準(zhǔn)確地感知外骨骼運動狀態(tài),保持運動穩(wěn)定安全及流暢性,從而能夠更好地實現(xiàn)人與外骨骼系統(tǒng)雙向交互。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：