面向生机电一体化灵巧操作假肢的共融机器人理论与关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91648206
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    253.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F03.自动化
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The Human-Robot-Environment harmony robot is one of the research frontiers and hot topics of the robotics field, bio-electromechanical integrated dexterous manipulation prosthesis is an important instance belonging to the Human-Robot harmony robots. With regard to the bio-electromechanical integrated dexterous manipulation prosthesis, the project aims at performing the research on the fundamental theories and key techniques, including: (1) the bio-signal based motion intention interpretation; (2) the acquisition of multi-modal haptic sensation information; (3) the feedback from the multi-modal haptic sensation information; (4) the mechanism of the multi-modal haptic feedback enhancing the neuro-control capability; (5) the bio-signal based coordinated control techniques for the dexterous manipulation prosthesis. The bi-directional closed-loop natural human-robot interface that will be established in this project shall provide more effective support and assistance for the amputees, it shall also lay a solid foundation for performing deeper theoretical researches on the Human-Robot harmony robot as well as providing wider applications of related key techniques. In summary, the project is not only of important scientific significance, but also of important social and economic significance.
人-机-环境共融的机器人是当前机器人领域的研究前沿和热点,而生机电一体化的灵巧操作假肢则是当前人机共融型机器人的重要研究内容之一。本项目面向生机电一体化灵巧操作假肢开展共融机器人共性的基础理论与关键技术研究。包括:(1)基于生物信号的动作意图理解。(2)力触觉等多模态感知信息的获取。(3)力触觉多模态感知信息的反馈。(4)多感知增强神经系统控制能力的机理。(5)基于生物信号的灵巧操作假肢协调控制方法。该项目建立的双向闭环人机自然交互接口可以为截肢患者提供更为理想的支持和帮助,为共融机器人开展更深入的理论研究和相关关键技术得到更广泛的应用奠定坚实的基础。本项目的研究不但具有重要的科学意义,更具有重要的社会和经济意义。

结项摘要

人机共融型机器人是国际机器人研究领域的前沿,生机电一体化灵巧操作假肢作为一种典型的集机械电子、感知交互、智能控制于一体的人机共融机器人,能重新赋予肢体残障人士切实的力触觉本体感受,让假肢真正成为人身体的一部分。本项目通过采集人体的生物电信号辨识操作者的动作意图,同时通过仿生传感器获取假肢与外界环境的作用信息,最终以电刺激和机械刺激的方式反馈给人体神经系统,实现了人对生机电一体化灵巧操作假肢的精细动作控制。.本项目围绕生机电一体化灵巧假肢在控制、感知和反馈等方面的关键技术问题,经过深入研究,在基于生物神经信号的动作意图理解、力触觉多模态感知信息的获取和反馈、基于生物神经信号的人机协调控制等方面取得了重要突破和进展,主要成果如下:1.提出了感知/机构一体化的灵巧操作假肢手设计方法,研制了融合表面肌电阵列控制、多信息融合感知、多模态反馈、多自由度协同控制的灵巧操作神经义肢,为生机电一体化灵巧假肢的多模态感知和人机协同控制提供了可靠的硬件基础。2.提出了一种自校准的实时手部和腕部连续力/手势肌电解码方法,缩短了人机校准时间,实现了截肢残疾人对假肢多个自由度的同步控制。在脑机接口研究方面,开展了基于EEG与运动意图模式之间精准鲁棒的映射模型研究,提出了基于EEG低频相位特征的手部连续运动解码方法,为基于脑电信号的假肢控制提供理论支撑。3.提出了基于环状叠层结构的高灵敏度及高分辨率柔性微应变传感单元设计方法,研制了高灵敏度集成式穿戴柔性触觉传感器,实现了假肢手对抓取物体的微接触测量。此外提出了基于微气囊阵列结构和微型绝对压力敏感元件的柔性三维力触觉传感器设计方法,研制了指尖柔性力触觉传感阵列,提升了义肢指端多模态感知的精度和分辨率。4.提出了一种可穿戴式小型无源力反馈装置构型与力触觉再现方法,揭示了磁滞效应对力反馈精确度影响的机理和规律,实现了小型装置输出大范围可控力矩,提升了残疾人的力触觉感知能力。.本项目共发表论文74篇,其中SCI收录44篇,SCI总他引159次。申请国际发明专利12件,申请中国发明专利41件,其中授权15件。2017年获得国家技术发明二等奖1项,本项目相关成果在助残义肢、科普教育和航天领域得到了应用。

项目成果

期刊论文数量(66)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(7)
专利数量(48)
A Multi-Finger Interface with MR Actuators for Haptic Applications
用于触觉应用的带有 MR 执行器的多指接口
  • DOI:
    10.1109/toh.2017.2709321
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Haptics
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Qin Huanhuan;Song Aiguo;Gao Zhan;Liu Yuqing;Jiang Guohua
  • 通讯作者:
    Jiang Guohua
智能肌电控制假手研究进展
  • DOI:
    10.13878/j.cnki.jnuist.2019.02.001
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    南京信息工程大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋爱国;胡旭晖;祝佳航
  • 通讯作者:
    祝佳航
一种基于EEG和sEMG的假手控制策略
  • DOI:
    10.16383/j.aas.2017.c160218
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴常铖;熊鹏文;曾洪;徐宝国;宋爱国
  • 通讯作者:
    宋爱国
Design and evaluation of a small-scale multi-drum magnetorheological brake
小型多鼓磁流变制动器的设计与评估
  • DOI:
    10.1177/1045389x18770878
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Journal of Intelligent Material Systems and Structures
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Qin Huanhuan;Song Aiguo;Zeng Xin;Hu Suyun
  • 通讯作者:
    Hu Suyun
The Advantage of Low-Delta Electroencephalogram Phase Feature for Reconstructing the Center-Out Reaching Hand Movements
低Delta脑电图相位特征重建中心向外伸手动作的优势
  • DOI:
    10.3389/fnins.2019.00480
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    FRONTIERS IN NEUROSCIENCE
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Zeng Hong;Sun Yuanzi;Xu Guozheng;Wu Changcheng;Song Aiguo;Xu Baoguo;Li Huijun;Hu Cong
  • 通讯作者:
    Hu Cong

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其他文献

基于机器视觉和力反馈的自动装配技术研究
  • DOI:
    10.19708/j.ckjs.2019.04.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    测控技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐远;宋爱国;李会军
  • 通讯作者:
    李会军
基于数据手套和神经网络的数字手势识别方法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-0505.2020.03.020
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    东南大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴常铖;曹青青;费飞;杨德华;陆熊;徐宝国;曾洪;宋爱国
  • 通讯作者:
    宋爱国
Virtual brain surgery simulation system based on haptic interaction
基于触觉交互的虚拟脑手术模拟系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    High Technology Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Norman I Badler;宋爱国;牛建伟;刘佳
  • 通讯作者:
    刘佳
力觉临场感遥操作机器人(3):环境的动力学描述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    南京信息工程大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋爱国;马俊青
  • 通讯作者:
    马俊青
用于未知环境的混杂传感器网络交互策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    通信学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋爱国;庄伟;宋光明
  • 通讯作者:
    宋光明

其他文献

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宋爱国的其他基金

力觉反馈血管介入手术机器人人机共融关键技术研究
  • 批准号:
    92148205
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    235 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
高速作业机器人用多维力传感器关键技术研究
  • 批准号:
    U1713210
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    318.0 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
虚拟现实中基于图像的纹理力触觉表达与再现方法研究
  • 批准号:
    61272379
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    75.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向视觉残障者的图像的力/触觉表达与再现方法研究
  • 批准号:
    61075068
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于非线性触觉感知机制的触觉临场感理论与实验研究
  • 批准号:
    60775057
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
虚拟操作与遥操作中的柔顺性触觉再现技术的理论和方法研究
  • 批准号:
    60475034
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
混沌抑制噪声应用于机器人力/触觉传感技术的理论研究
  • 批准号:
    69875004
  • 批准年份:
    1998
  • 资助金额:
    12.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
进化计算和神经网络应用于力/触觉临场感的理论研究
  • 批准号:
    69705006
  • 批准年份:
    1997
  • 资助金额:
    11.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 项目类别:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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