科研

面向可穿戴机器人的可解释意图识别

一种基于瞬时特征(ICF)的实时意图识别方法,从大腿运动学中提取具有生物力学意义的特征,用于步行、楼梯、坡道和运动转换,并扩展到双侧感知与连续自适应。

IEEE T-RO 2025 可解释机器学习 意图识别 ICF 可穿戴机器人
双侧活动识别在户外多活动场景中的循环演示。
问题与贡献

意图识别决定可穿戴机器人什么时候改变行为;让它快速、可解释、可自适应,才能让整个控制系统更可信。

我的角色

我开发了基于 ICF 的可解释意图识别方法,并将其扩展到双侧感知和连续自适应。

挑战

假肢的意图识别往往是黑箱模型,在不同用户与活动间泛化性差。

贡献

基于生物力学运动特征的 ICF 实时活动识别方法,用于步行、楼梯、坡道和运动转换。

本研究于密歇根大学 LocoLab 开展,导师为 Robert D. Gregg 教授。

信号处理流程
  1. 1 大腿运动学 机载运动传感实时输出肢体状态。
  2. 2 ICF 特征 以具生物力学意义的特征取代黑箱嵌入。
  3. 3 实时分类器 在 5 毫秒内识别活动与转换。
  4. 4 双侧自适应 双腿信息驱动持续的、按用户的自适应。
佐证
双侧转换识别准确率 99.2%
识别
推理 <5 ms
实时
户外多活动演示
落地
基于 ICF 的活动与意图识别概念图(T-RO 2025)
活动状态图展示坡度估计、步行与坐立模式、上楼与下楼状态,以及日常运动任务之间的转换箭头。 Adapted from Cheng et al., IEEE T-RO 2025. © 2025 IEEE.
ICF 识别与转换实验评估场景
往返评估路径包含坡道、楼梯、凳子和平行杠,并配有受试者使用主动式假肢的实验室照片。 Adapted from Cheng et al., IEEE T-RO 2025. © 2025 IEEE.

技术栈

实时分类 可解释机器学习 / 特征设计 步态相位 / 生物力学 转换逻辑 嵌入式友好算法 传感器融合
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相关知识产权

相关专利申请 / 备案:Powered Prosthesis and Activity Classifier,美国临时专利申请 63/715,397 / 国际专利申请 PCT/US2025/053837。