Analysis of Variable Impedance Characteristics in Human Movements and Its Application to Control of Powered Prosthetic Arms
人体运动中的可变阻抗特性分析及其在动力假肢控制中的应用
基本信息
- 批准号:11650450
- 负责人:
- 金额:$ 2.3万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
- 财政年份:1999
- 资助国家:日本
- 起止时间:1999 至 2000
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The purpose of this research is to make a new impedance model of human movements and apply it to the control of powered prosthetic arms. The obtained results throughout the research can be summarized as follows :1. In order to estimate the human impedance experimentally, it is necessary to measure force corresponding to external disturbance applied to an end-point of human extremities. In this research, a new experimental apparatus for the measurement of the impedance has been developed, by which the external disturbance with any direction in the horizontal plane can be applied.2. Measuring the mechanical impedance of the wrist joint, we have analyzed the relation between the activation level of skeletal muscles and the joint impedance. The experimental results show that the viscoelasticity of the wrist joint changes depending on the muscular activation level. Then, a new joint impedance model using a nonlinear regression model of the muscular activation level has been proposed.3. The proposed joint impedance model was implemented into a powered prosthetic arm with 3 degrees of freedom which are driven by ultrasonic motors. In this control system, a human operator can control the joint impedance itself by using his/her EMG signals.4. The prosthetic control system was realized by combining the proposed impedance control system and a motion discrimination system that can estimate the operator's intended motions from EMG signals using a neural network. Effectiveness of the developed control system was confirmed from the experiments by an amputee.
本研究的目的是建立一种新的人体运动阻抗模型,并将其应用于电动假臂的控制。1.为了从实验上估计人体阻抗,需要测量施加在人体四肢末端的外部干扰所对应的力。本研究开发了一种新型的阻抗测量实验装置,可以在水平面上施加任意方向的外加扰动。通过测量腕关节的机械阻抗,分析了骨骼肌的激活程度与关节阻抗的关系。实验结果表明,腕关节的粘弹性随肌肉激活程度的不同而变化。在此基础上,利用肌肉激活程度的非线性回归模型,提出了一种新的关节阻抗模型。将所提出的关节阻抗模型应用于超声波电机驱动的三自由度动力假肢。在这个控制系统中,操作员可以使用他/她的肌电信号来控制关节阻抗本身。该假肢控制系统是通过将所提出的阻抗控制系统与运动识别系统相结合来实现的,该运动识别系统可以利用神经网络从肌电信号中估计操作者的预期动作。截肢者的实验结果证实了所开发的控制系统的有效性。
项目成果
期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
T.Tsuji: "A Virtual Sports System for Skill Training"Journal of Robotics and Mechatronics. (掲載決定).
T.Tsuji:“用于技能训练的虚拟运动系统”机器人与机电一体化杂志(已决定出版)。
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- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
TSUJI,Toshio: "A Training System for EMG Manipulation of Prosthetic Arms"Trans.IEICE. Vol.J83-D-II (in Japanese). 2030-2039 (2000)
TSUJI,Toshio:“假肢肌电图操作训练系统”Trans.IEICE。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
TSUJI,Toshio: "A Bio-mimetic Rehabilitation Aid for Reaching Movements Using Time Base Generator"Machine Intelligence and Robotic Control. (in Press).
TSUJI,Toshio:“使用时基发生器实现运动的仿生康复辅助设备”机器智能和机器人控制。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
辻敏夫: "EMG信号に基づく前腕動力義手のバイオミメティック制御"日本機械学会論文集. 66・648C. 2764-2771 (2000)
Toshio Tsuji:“基于 EMG 信号的前臂动力假手的仿生控制”日本机械工程师学会汇刊 66・648C 2764-2771 (2000)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
TSUJI,Toshio: "Pattern Classification of Time-series EMG Signals Using Neural Networks"Int.J.Adaptive Control and Signal Processing. Vol.14, No.8. 829-848 (2000)
TSUJI,Toshio:“使用神经网络对时间序列肌电图信号进行模式分类”Int.J.自适应控制和信号处理。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
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