基于sEMG和FES的下肢康复机器人生物反馈控制研究

基于表面肌电（sEMG）和功能电刺激（FES）对下肢康复机器人生物反馈控制展开研究。以实现 "生物反馈运动疗法"与"生物反馈电刺激疗法"有机结合为研究目标，深入探讨下肢康复机器人的sEMG控制、基于sEMG的FES控制、基于康复机器人和FES的个性化康复训练策略等方面的关键科学问题与技术，基于半监督学习技术，提出sEMG人体意图识别模型的在线学习的新理论和新方法；面向康复机器人系统的人机耦合动力学特性，综合人体下肢的肌骨系统生物力学模型，提出"人机耦合系统"的FES刺激模式的设计理论与方法；建立sEMG与FES的生物信息反馈通道，探讨人机耦合系统FES模式的主动诱发与动态调节模型；有机的结合"生物反馈运动疗法"和"生物反馈电刺激疗法"，给出面向临床的个性化康复训练策略。从而结合临床实验研究形成较为完善的个性化康复医疗理论、技术体系，为康复机器人的临床实用化奠定基础，并最终期望达到实用水平。

本项目按照项目计划书、项目规定的进度和主要任务内容开展了研究工作。按照预期进度完成了任务书规定的主要研究内容，基于课题组开发的康复机器人平台，研究了表面肌电信号（sEMG）和功能电刺激（FES）对下肢康复机器人生物反馈建模和控制方法，取得了多项研究进展。.基于表面肌电（sEMG）和功能电刺激（FES）对下肢康复机器人生物反馈控制策略，研究“生物反馈运动疗法”与“生物反馈电刺激疗法”相结合的康复方法，深入探讨了下肢康复机器人的sEMG 控制、基于sEMG 的FES 控制、基于康复机器人和FES 的个性化康复训练策略等方面的关键科学问题，提出了sEMG人体意图识别模型的在线学习方法；面向康复机器人系统的人机耦合动力学特性，综合人体下肢的肌骨系统生物力学模型，提出FES 刺激模式与方法，在康复机器人平台构建与控制方法的完善等方面取得进展，并结合临床实验，为康复机器人的临床应用奠定了理论基础。.本项目的其它产出成果还包括：结合本项目的相关研究方向和研究内容，发表国际期刊论文20篇（其中IEEE汇刊论文7篇，Automatica期刊论文1篇）；作为特邀编辑，正在《自动化学报》编辑出版“康复机器人”专刊；申请并获得受理/授权国家发明专利17项，国际专利PCT授权1项；获得2015年度中国自动化学会自然科学奖一等奖、2013年度北京市科技奖一等奖、2014年度北京市科技奖三等奖、获得2013年度IEEE Transactions on Neural Networks Outstanding Paper Award，在相关研究领域，建立了良好的国际合作和学术交流；培养研究生12名（其中6人已经毕业并获得博士学位），培养的博士生还获得了“中国科学院院长特别奖”等荣誉和奖励。