智慧型假肢腦控機理及其人機協同方法研究

《智慧型假肢腦控機理及其人機協同方法研究》是依託西安交通大學，由張小棟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：智慧型假肢腦控機理及其人機協同方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張小棟
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

智慧型假肢對於保障上肢殘疾患者的勞動權益和生活質量有重要作用，十二五期間社會保障事業將重點推進職業康復，以保證經濟發展的人才支持和公平穩定。針對傳統上肢假肢存在控制信息源不足、人-假肢之間人機協同不良問題，本課題擬採用腦電信號做為假肢驅動控制信息源，提出研究智慧型假肢的腦控機理和人機協同方法。其內容包括：通過研究人手動作與感知過程機理，構建假肢腦控模型；面向創新設計，研究智慧型假肢的多感知融合自控方法，以及相應可穿戴腦電檢測識別與驅動控制技術；為提高識別精度，研究基於數學形態學和相關分析的腦電信號自適應特徵提取方法，以及基於免疫學習的腦電分類防退化訓練方法；通過研究人的意圖決策、假肢自主控制與安全應急機制等人機協同理論方法，建立智慧型假肢的柔性操控人機協同系統。課題的研究將為智慧型假肢的創新設計與人機協同操控提供理論方法和技術支撐，推動腦機接口技術的發展與套用，實現人工假肢的智慧型化和擬人化控制。

結題摘要

假肢對於保障上肢殘疾患者的勞動權益和生活質量有重要作用，“十二五”期間社會保障事業重點推進了職業康復，保證了經濟發展的人才支持和公平穩定。針對傳統假肢研究中主要存在的控制源單一、控制目標受限、控制精度低以及缺少有效的人機互動能力等缺陷。本課題在掌握國內外現有腦機接口發展方向基礎上，以智慧型假肢為研究對象，以腦電信號為假肢的控制信息源，研究了智慧型假肢的腦控機理、腦控方法及其人機協同控制策略等。 其主要內容包括：（1）通過研究人手動作與感知過程的神經電信號傳導機理，構建了假肢的腦控模型與不同範式下腦電信號的產生機理。（2）面向創新設計，研究了智慧型假肢的多感知融合方法，搭建了相應的便攜化可穿戴腦控假肢系統。（3）為提高識別精度，分別研究了表情驅動及場景動畫穩態視覺誘發範式下智慧型假肢的腦控方法以及相應的腦電信號解碼方法。其中，表情驅動下智慧型假肢的腦控方法利用神經元集群模型對表情驅動腦電信號進行機理建模與仿真分析，得到自發表情的相關腦區及表情驅動腦電信號的頻率分布特性，所研究的一種基於小波變換和人工神經網路模型映射的腦電信號分析識別算法的平均線上識別精度可達到８５％；場景動畫智慧型假肢的腦控方法將正常人的或殘疾人的生活場景為刺激藍本，根據智慧型假肢的控制目標，在將生活場景分解為對應的獨立刺激場景圖，且對去進行灰度標準化處理，採用方波調製模式對一組對比鮮明的黑白反轉色圖片進行視覺刺激，同時採用基於典型相關分析的腦電信號處理算法，使其平均正確率為91.41%。（4）通過研究人的意圖決策、假肢自主控制與安全應急機制等人機協同理論方法，建立智慧型假肢的柔性操控人機協同系統。 課題的研究為智慧型假肢的創新設計與人機協同操控提供理論方法和技術支撐，推動腦機接口技術的發展與套用，實現人工假肢的智慧型化發展和擬人化控制。