人机共融的灵巧柔顺下肢康复机器人交互方法与应用

Rehabilitation robots can greatly improve the efficiency of rehabilitation training, reduce costs, and greatly save the rehabilitation of medical resources.This research project will study the man-machine cooperative interaction method, a core problem in the rehabilitation robot, including how to decode the human motion intention by using the multimodal neural signals and how to achieve a high degree of integration and collaborative control between patients and rehabilitation robots. The solution of these key problems will be able to effectively improve the effect of rehabilitation training.In this research proposal, we aim to build internal dynamic mapping between multimodal neural signals and the human motion intention, based on advanced modeling methods such as information theoretic learning (ITL), kernel adaptive filtering (KAF) and deep learning, allow the robot to actively perceive human's moving intention, achieve a more natural human-machine interaction, and ultimately lead to a hybrid intelligent system with synergistic collaboration.A dexterous and complaisant lower limb rehabilitation robot prototype system for clinical application will be developed.The implementation of this project will promote the development of rehabilitation robot technology in China, and promote the development of neural engineering, information fusion, collaborative control and other disciplines.

康复机器人能够大大提高康复训练的效率，降低成本，极大节省康复医疗资源。本项目将针对自然交互这一康复机器人中核心问题研究人机共融的灵巧柔顺下肢康复机器人，包括如何利用多模态神经信号解码人体运动意图以及如何实现患者与康复机器人高度融合与协同控制。这些关键问题的解决将能够有效提升康复机器人系统人-机融合程度，提高康复训练的效果。项目拟基于信息论学习、核自适应滤波以及深度学习等先进建模方法，构建多模态神经信号与人体运动意图之间内在时空动态映射关系，让机器人主动感知人的运动意图，实现更加自然的人机交互，最终形成患者与康复机器人协同交互的智能康复系统，并研发一套面向临床应用的灵巧柔顺坐卧式下肢康复机器人原型系统。本项目的实施将推动我国康复机器人技术的发展，并且带动神经工程、信息融合、协同控制等学科的发展。

机器人在解决国家和社会发展面临的众多挑战中发挥着至关重要的作用，其发展的重要目标之一就是提高全体国民的生活质量和健康水平。随着我国经济实力和科技水平的快速发展，依靠科技创新来保障和改善我国人民健康已经上升为新时期的国家战略需求。本项目以下肢康复机器人为研究核心，以表面肌电（sEMG）、脑电（EEG）等非侵入式神经信号作为主要交互控制信号，开展相应的人机交互方法与应用研究。截至目前，项目组在著名期刊及会议上发表（含录用）论文93篇，其中期刊论文60篇（TOP期刊21篇），会议论文33篇；提交专利申请17件，已获授权专利7件；获得省部级及一级学会科研奖励4次，其他奖励或荣誉4次；研发了一套面向临床应用的灵巧柔顺坐卧式下肢康复机器人原型系统并搭建了一套多模态康复辅助移动平台。本项目的研究成果有助于推动我国康复机器人技术的发展，并且带动神经工程、信息融合、协同控制等学科的发展。