《人手自然運動機理及其在假肢手運動生成中的套用》是依託華中科技大學，由陳文斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：人手自然運動機理及其在假肢手運動生成中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳文斌
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對如何描述人手在日常抓取與操作中的動態運動行為，並將人手的自然運動生成機理套用到肌電假肢手的擬人運動規劃與控制這一關鍵基礎科學問題，結合人手運動解析實驗，分析人手手勢隨時間的協調變化規律，提出時變手勢協同的運動學描述方法。建立人手肌骨的生物力學模型，結合表面機電信號，分析人手關節角加速度、關節力矩以及相關肌群的協調機制，提出人手動態協同描述方法。分析人手次運動的動力學機理，建立次運動的動態協同模型，利用假肢手的力覺和觸覺感測信息，建立假肢手從主模式運動演化為次運動的動態協同主元模型。研究特徵抓取子空間內運動軌跡各坐標分量之間的非線性映射關係，提出與生機接口功能匹配的人手動態手勢高保真復現方法。在此基礎上，揭示手指動態協同的運動機理，提出能夠在生機接口支配下實現假肢手靈巧操作的理論與方法，為具有實際臨床套用價值的靈活假肢手的研發和套用積累關鍵技術和共性基礎科學理論。
結題摘要
如何工程科學方法修復手臂缺失患者的運動功能，實現假肢手在患者自主意識下靈活運動，是目前極具研究希望，可望實現運動功能缺失患者肢體“再生”的有效途徑。針對這一挑戰性問題，本項目圍繞人手高維抓握運動的降維與重構，自然運動時空特徵建模及其運動生成，主次運動分治的假肢手驅動機構設計等內容開展系統深入的基礎研究，揭示了人手自然抓握運動的生成規律，建立了欠驅動擬人假肢手設計與運動控制的理論與方法，為實現擬人假肢手的人體運動意圖控制提供理論支撐。 結合日常生活常見的抓取模式，構造了蘊含人手抓握運動信息的高維運動數據集，建立了人手特徵速度的提取方法，提出了特徵運動速度的機械實現原理，建立了通過特徵凸輪軸來實現全局耦合的假肢手機構設計理論。針對復現人肢體自然運動時空特徵的問題，提出了可近似描述人肢體運動固有時空特徵的二階運動學建模方法，建立了人手空間位置與肢體姿態坐標的映射關係，提出了人體上肢等效運動鏈的運動學反解方法，為臂-手假肢實現擬人功能運動提供理論支撐。研究了人手指間協同以及指內的協同規律，建立了人手協同運動基植入擬人假肢手的機械實現原理，實現了通過低維機械運動復現高維抓握運動的方法，提出了緊湊的剪式欠驅動機構設計原理，解決了假肢手機-電集成的難題。以上研究結果加深了對人手運動機理的認識，創新了假肢手機構設計方法，為生機電一體華假肢手的臨床套用提供了技術積累與理論支撐，拓展了神經接入假肢手的控制方法與理論，對帶動製造科學與神經工程學、信息科學交叉學科的發展，促進我國康復工程技術的進步具有重要的意義。
