基于双手协作运动机理的仿人外肢体设计与协同控制研究

批准号:
51905375
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
刘源
依托单位:
学科分类:
E0507.机械仿生学与生物制造
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
手是人体最灵巧部分及与外界交互重要媒介,其运动功能康复重建或补充增强是改善障碍患者生活质量、免除身心受害、回归社会必由之路。新兴可穿戴机器人外肢体能创新人类肢体固有形态,突破传统局限,在增强手部运动功能与大脑神经重塑方面有突出新潜能。然而,至今对外肢体应用潜力认识尚处表浅、缺乏客观量化科学描述,机械构型和运动尚不拟人,严重影响外肢体可实现运动能力补充和增强效果。本项目拟以双手协作运动为研究切入点,通过行为学实验探索双手协作静态抓取容差能力和灵巧操作能力,客观量化阐述外肢体可实现手部运动能力的增强效果,优化双手协作构型,解析其运动规律,开拓双手协作运动机械复现和协同控制新方法,创新设计独具双手运动功能的单手仿人外肢体,探索其神经重塑机制,为赋予人手更稳、更广抓取和更灵巧操作性能提供最新科学依据。项目预期成果有望为手功能障碍患者理想康复带来新希望,还在外科临床、军事科学等领域具有广阔应用前景。
英文摘要
Hand is the most dexterous part of the human body and an important medium for interaction with the environment. The rehabilitation and enhancement of hand movement functionality is the only way for disabled patients to improve the quality of life, avoid physical and mental damage, and return to society. Emerging wearable supernumerary robots can innovate human limb morphology, break through the traditional limitations, and perform prominent potentials in enhancing hand movement and brain neural plasticity. However, the understanding of the potential application is still superficial until now, it is lack of the objective and quantitative scientific description, and the anthropomorphism of mechanical configuration and movement are highly limited, which seriously affect the movement ability supplement and enhancement effect of supernumerary robot. This project intends to take the human bimanual movement as the starting point, explore human tolerance grasp and manipulation ability of human bimanual cooperation through the behavioral experiment, objectively quantify the enhancement effect of supernumerary robot to the hand movement functionality, optimize the bimanual cooperative configuration, analyze the movement characteristics, develop the novel mechanical implementation and synergistic control methods, innovatively design the anthropomorphic supernumerary robot worn with bimanual movement functionality, and explore its neural plasticity, which will provide the latest scientific evidence for the enhancement of human grasp stability, tolerance range and manipulation dexterity. The achievements of this project are expected to raise new hopes for hand dysfunction patients with an ideal rehabilitation, and also can be applied to a wide field such as clinical surgery and military science.
本项目以开拓人体运动能力增强新技术、研制新系统为主要目标,聚焦手部运动能力增强,研究了人手容差抓取下人手运动特征、双手协作下灵巧操作能力,建立了一套基于姿势协同原理复现人手抓取特征的机械设计方法,设计了便携式可穿戴的外肢体手指机器人系统,建立了不占用肢体固有自由度的“第六指”脑肌电协同控制策略,建立了外肢体多模反馈通路,探索了多水平触觉的脑响应机制,完成了600人▪时的神经可塑性训练,建立了基于fMRI静息态和任务态的脑神经可塑性模型。目前,已开展64例脑卒中患者实验,总体康复有效率达73%。脑机交互性能通过国家医疗器械质量监督检验,入选国家工信部和药监局“人工智能医疗器械创新任务揭榜单位”和《人工智能医疗器械产业发展白皮书》。本项目的研究成果可应用于脑卒中上肢功能障碍患者的临床康复训练,提升病人康复效果,减轻医师康复作业压力,推进我国智能医疗器械产业的转化与应用,具有较好的社会价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:https://doi.org/10.3389/fnbot.2021.658075
发表时间:2021
期刊:Frontiers in Neurorobotics
影响因子:3.1
作者:Liu Yuan;Jiang Li;Liu Hong;Ming Dong
通讯作者:Ming Dong
Quantitative Investigation of Hand Grasp Functionality: Thumb Grasping Behavior Adapting to Different Object Shapes, Sizes, and Relative Positions.
手部抓握功能的定量研究:适应不同物体形状、大小和相对位置的拇指抓握行为
DOI:10.1155/2021/2640422
发表时间:2021
期刊:Applied bionics and biomechanics
影响因子:2.2
作者:Liu Y;Zeng B;Jiang L;Liu H;Ming D
通讯作者:Ming D
Functional Reorganization After Four-Week Brain-Computer Interface-Controlled Supernumerary Robotic Finger Training: A Pilot Study of Longitudinal Resting-State fMRI.
四周大脑计算机界面控制的多余机器人手指训练后的功能重组:纵向静息态功能磁共振成像的初步研究
DOI:10.3389/fnins.2021.766648
发表时间:2021
期刊:Frontiers in neuroscience
影响因子:4.3
作者:Liu Y;Huang S;Wang Z;Ji F;Ming D
通讯作者:Ming D
DOI:https://doi.org/10.1155/2021/2787832
发表时间:2021
期刊:Applied Bionics and Biomechanics
影响因子:2.2
作者:Liu Yuan;Zeng Bo;Zhang Ting;Jiang Li;Liu Hong;Ming Dong
通讯作者:Ming Dong
Quantifying the Generation Process of Multi-Level Tactile Sensations via ERP Component Investigation
通过 ERP 组件研究量化多层次触觉的生成过程
DOI:10.1142/s0129065721500490
发表时间:2021-12-01
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF NEURAL SYSTEMS
影响因子:8
作者:Liu,Yuan;Wang,Wenjie;Ming,Dong
通讯作者:Ming,Dong
脑控手部多肢体康复机器人及全反馈训练与神经可塑性机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53万元
- 批准年份:2022
- 负责人:刘源
- 依托单位:
协同催化双活性位构筑及其用于合成气直接制乙醇的研究
- 批准号:21872101
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:刘源
- 依托单位:
合成气制低碳醇纳米Cu-Co双金属催化剂研究
- 批准号:21576192
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:刘源
- 依托单位:
多级孔-规整型-金属氧化物和纳米碳管复合物的制备及其在催化中的应用
- 批准号:21376170
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:刘源
- 依托单位:
大孔结构-整体式催化剂的制备和应用研究
- 批准号:20976121
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:刘源
- 依托单位:
氢气中一氧化碳选择氧化催化剂上的逆水煤气变换反应研究
- 批准号:20476079
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:刘源
- 依托单位:
国内基金
海外基金
