基于脑机接口的智能假肢直觉仿生操控理论及关键技术研究

Considering the key technology including "sense" (perceptual environment), the "fusion" (multi source physical information fusion), "cognition" (cognitive computing), "control" (skill transmission) for intelligent prosthesis, in the project, we investigate manipulation and control of bionic artificial limb via brain computer interface to improve the accuracy and performance of the intelligent prosthesis. In this project, we propose the bionic control theory of "sense of perception and control", which is based on the brain computer interface. In view of the physical data of surrounding environments and the manipulated objects, the environment perception and information fusion are integrated, and the cognitive model of the manipulated objects is established, then a model based on the combination of cognitive computation and control theory is formulated. Redundancy motion planning is designed for the prosthesis based on brain electrical instruction, and the real-time redundancy solution is proposed. In order to explore the control mechanism of the motor neuron, the bionic control of the skill transfer is investigated. Research and development of a prototype system of intelligent artificial limb will be built up and used to experiment verification, which is based on brain computer interface. Finally, the fine manipulation theory is enriched and promoted.

针对脑控仿生手精细操作对数据“感”（感知环境）、“融”（多源物理信息融合）、“知”（认知计算）、“控”（技能传递）合一的迫切需求，采用脑机接口实现直觉自主控制仿生假肢，从而提高智能假肢精细操作决策、规划、反应的快速性和正确性。本项目提出基于脑机接口的仿生假肢“感融知控”一体化操控理论，研究脑电信号的解码机理，解读操作者的行为意图，形成仿生假肢的有效操控指令。针对周围环境多尺度目标物体的物理数据，进行一体化观测和融合，建立操作对象的认知模型，建立基于认知和物理模型合一的精细化操控理论方法。设计基于脑电指令的假肢冗余动作规划，提出仿生假肢操作抓取冗余度的实时解析。探索运动神经元控制机理建模，研究技能传递仿生控制。研发一套可实机操作与演示的基于脑机接口的智能假肢原型系统。最终完善和发展机器人假肢精细操控理论，从而促进机器人操控精细化水平的提高。

运动功能康复的巨大社会需求，推动着科技投入的增加和科学技术的发展。近年来，我国国内康复工程的发展也日益受到重视，包括智能假肢等相关研究也逐渐得到越来越多的关 注。最近颁布的医疗器械科技产业“十二五”专项规划也提出，国家在十二五期间将老年人行为功能训练系统，脑卒中病人及运动功能缺失病人的康复训练系统等产品为医疗器械重点发展的方向。脑机接口技术的研究正成为脑科学、康复工程、生物医学工程及人机交互领域的前沿研究热点。. 为推动脑控机器人的系统性应用研究，本课题以智能假肢直觉仿生操控为应用目标，以具有多自由度仿生假肢为对象，开展基于脑机接口的智能假肢直觉仿生操控理论研究。课题针对脑控仿生手精细操作对数据“感”（感知环境）、“融”（多源物理信息融合）、“ 知”（认知计算）、“控”（技能传递）合一的迫切需求，采用了脑机接口实现直觉自主控制仿生假肢，从而了提高智能假肢精细操作决策、规划、反应的快速性和正确性。本项目提出了基于脑 机接口的仿生假肢“感融知控”一体化操控理论，研究了脑电信号的解码机理，解读了操作者的行为意图，形成了仿生假肢的有效操控指令。针对周围环境多尺度目标物体的物理数据，进行了一体化观测和融合，建立了操作对象的认知模型，建立基于认知和物理模型合一的精细化操控理论方法。设计了基于脑电指令的假肢冗余动作规划，提出了仿生假肢操作抓取冗余度的实时解析。探索运动神经元控制机理建模，研究技能传递仿生控制。研发了一套可实机操作与演示的基于脑机接口的智能假肢原型系统。 项目在一定程度上完善和发展了机器人假肢精细操控理论，促进了机器人操控精细化水平的提高。