基于认知模型的步行辅助机器人与老年人协调控制研究

In the aging society, the aged people suffers cognitive limitation, decision limitation and action limitation. Hence, the aged people is difficult to obtain support from robots during human-robot coordination control process. Considering the aging problems of the aged people's motor function and cognitive ability, this project aims to establish an effective coordination control system between the aged people and the walking support robots. The technical breakthrough may bring new opportunities for the development of the robot technologies. .Specifically, our research mainly focuses on the following aspects: (1) analyze the aged people's cognitive characteristics, and then establish the aged people's cognition model; (2) based on the aged people's cognition model, set up the control system of the walking support robots; (3) investigate the control strategy of the human-robot coordination control system, solve its core problems and key technologies, and improve the effects of human-robot coordination control process; (4) design and evaluate the human-robot coordination control system in theory, simulation, experimental aspects. .Through this project, we aim to realize the human-robot coordination control process, and make the robots serve the aged people well, which can improve the health level of the aged people in China.

我国人口老龄化问题日益严重，老年人面临认知受限、决策受限、行动受限等困扰，难以与机器人协调工作。针对老年人身体机能老化、认知能力衰退的特点，建立老年人与步行辅助机器人之间的人机协调控制系统，相关技术的突破极有可能为机器人技术的发展带来新契机。.我们的研究主要集中在以下方面：分析老年人的认知特点，建立老年人认知模型；基于老年人的认知模型建立步行辅助机器人控制系统；研究相应的人机协调控制策略，解决影响人机协调控制过程的核心问题和关键技术；采取理论、仿真、实验研究相结合的方案，对人机协调控制系统的设计及实验进行前期预设计和后期实验验证。.力争通过本项目的研究，解决基于人认知模型的人机协调控制的核心问题，让机器人更好地服务于老年人，切实提高我国老年人的健康水平。

本项目针对老年人身体机能老化、认知能力衰退的特点，建立老年人与步行辅助机器人之间的人机协调控制系统究，圆满完成了研究工作计划，达到了预定目标。项目主要研究内容包括：采用三维动作分析仪对步行进行监测，根据实测结果，构建并改进老年人的认知模型；使用力导纳技术，结合表面肌电信号传感器、加速度传感器和陀螺仪，感知老年人步行的情况；步行辅助机器人通过固定于自身的六轴力传感器感知老年人对机器人的推力，经过速度控制，实现步行辅助机器人平台的运动；在之前研究所研发的全方位移动平台基础上优化各部分控制参数，为老年人提供有效的助力；引入主从度概念，借鉴博弈论等相关理论，实现步行辅助机器人与老年人之间的协调控制。利用SigVerse技术实现人机协调控制系统的仿真系统，进行前期预设计和后期实验验证。项目组已发表学术论文21篇，其中国际刊物论文15篇，其中一篇发表在SCI检索国际期刊《IEEE Transactions on Automation Science and Engineering》上。论文共计SCI收录3篇，EI收录10篇。此外，相关成果在日本RoboCup大赛、天津空港经济区创业大赛、首届千人计划创业大赛、中国青年移动互联网创业大赛均获得奖项。研制的步行助力机器人和外骨骼助力装置获得专利登记2项。本项目的研究结果将让机器人更好地服务于老年人，提高我国老年人的生活质量和健康水平。