人體下肢康復(fù)運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別與人機(jī)交互訓(xùn)練方法研究

李科岐 姚固林 吳全玉 潘玲佼 劉曉杰

摘 要：家用小型下肢康復(fù)器因其諸多優(yōu)勢(shì)正逐步取代傳統(tǒng)的康復(fù)治療手段，如何提高家用小型下肢康復(fù)器的治療效果與安全性成為設(shè)備研究的重要內(nèi)容。本文在牽引式下肢康復(fù)器的控制基礎(chǔ)上，提出了一種基于表面肌電信號(hào)的下肢運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別方法與主動(dòng)控制模式。首先，對(duì)表面肌電信號(hào)進(jìn)行分析，并建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)意圖分類模型。其次，將下肢運(yùn)動(dòng)時(shí)分類模型產(chǎn)生的輸出結(jié)果作為下肢康復(fù)器的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)患者的動(dòng)作識(shí)別與主動(dòng)訓(xùn)練。最后，在實(shí)時(shí)訓(xùn)練中測(cè)得設(shè)備的平均識(shí)別率為86.67%，證明該主動(dòng)訓(xùn)練模式的可行性，進(jìn)而提高了設(shè)備的柔順性。另外，在訓(xùn)練過(guò)程中還監(jiān)測(cè)下肢異常動(dòng)作產(chǎn)生的信號(hào)并及時(shí)處理，提高了設(shè)備安全性，為后續(xù)進(jìn)行深入研究主動(dòng)康復(fù)奠定了理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：下肢康復(fù)機(jī)器人；表面肌電信號(hào)；運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別；主動(dòng)模式

中圖分類號(hào)：TP242；TH122? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2024）04-0011-05

下肢康復(fù)器能夠幫助肌肉損傷、下肢偏癱或下肢關(guān)節(jié)手術(shù)后的患者盡快恢復(fù)下肢運(yùn)動(dòng)功能。特別是在人口老齡化加劇、我國(guó)康復(fù)醫(yī)療人員與患者之間數(shù)量差距懸殊這兩大社會(huì)問(wèn)題的背景下，它提供了一種有效的解決方案[1-3]。當(dāng)前傳感器技術(shù)的發(fā)展使得人與機(jī)器人間的交互方式變得更加多樣且高效。然而，在人機(jī)交互的控制問(wèn)題中，如何保證機(jī)器人自然地根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)意圖做出相應(yīng)動(dòng)作成為下肢康復(fù)器控制系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)之一[4]。……