為滿足脊髓損傷患者站立行走及獨(dú)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(jué)喪失,無(wú)法感知當(dāng)前下肢運(yùn)動(dòng)狀態(tài),在復(fù)雜環(huán)境運(yùn)動(dòng)狀態(tài)切換時(shí),無(wú)法明確外骨骼下一步運(yùn)動(dòng)狀態(tài),對(duì)行走效率及安全等都帶來(lái)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(guò)程,需要重新建立由機(jī)到人的信息反饋通路,實(shí)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(shí)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(shí)下一步運(yùn)動(dòng)信息,使穿戴者能夠根據(jù)反饋信息及時(shí)調(diào)整狀態(tài),保持行走的穩(wěn)定及安全從而實(shí)現(xiàn)自然的人機(jī)雙向交互,主要內(nèi)容分為以下幾點(diǎn):(1)面向外骨骼當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的振動(dòng)觸覺(jué)反饋研究外骨骼當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)振動(dòng)觸覺(jué)反饋實(shí)驗(yàn)基于振動(dòng)強(qiáng)度和位置變化兩種反饋方式進(jìn)行,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及主觀問(wèn)卷調(diào)查,擬采用基于振動(dòng)強(qiáng)度變化反饋方式,準(zhǔn)確率達(dá)90%。隨后進(jìn)行了振動(dòng)觸覺(jué)反饋實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證,結(jié)果表明該反饋對(duì)穿戴者行走時(shí)腿部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)“感知”有效。(2)面向外骨骼下一步運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的聽(tīng)覺(jué)反饋研究外骨骼聽(tīng)覺(jué)反饋實(shí)驗(yàn)基于語(yǔ)音及樂(lè)音進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)結(jié)果及主觀問(wèn)卷表明,基于語(yǔ)音的聽(tīng)覺(jué)反饋效果較好,準(zhǔn)確率為100%。隨后進(jìn)行了語(yǔ)音反饋在外骨骼實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用,當(dāng)語(yǔ)音反饋出現(xiàn)在上一步擺動(dòng)周期時(shí),受試者更能夠及時(shí)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(dòng)觸覺(jué)與語(yǔ)音反饋方式進(jìn)行,基于兩種反饋方式的外骨骼下一步運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)98.81%,且受試者能夠及時(shí)感知。在實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中,受試者完成行走任務(wù)更加流暢自然,不會(huì)受信息反饋的影響,同時(shí)增強(qiáng)了穿戴外骨骼行走時(shí)的安全感與感知能力。基于振動(dòng)觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)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(yùn)動(dòng)狀態(tài),保持運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定安全及流暢性,從而能夠更好地實(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

基于視覺(jué)反饋的腿部訓(xùn)練示意圖

結(jié)合觸覺(jué)反饋的雙向人機(jī)交互系統(tǒng)示意圖

圖1-4雙向人機(jī)交互訓(xùn)練流程示意圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2856767