Brain-machine interaction and assist effect evaluation of a single-degree-of-freedom sit-to-stand transfer robot

机器人 传输(计算) 计算机科学 学位(音乐) 操纵器(设备) 控制理论(社会学) 人工智能 控制工程 模拟 工程类 物理 控制(管理) 声学 并行计算
作者
Chengyu Hou,Qian Chen,Peng Chen,Xiangyun Li,Shuo Li
出处
期刊:Robotica [Cambridge University Press]
卷期号:43 (7): 2644-2673 被引量:1
标识
DOI:10.1017/s0263574725101781
摘要

Abstract In response to the prevailing trend of an aging society and the increasing requirements of rehabilitation, this paper presents an approach involving brain-machine interaction (BMI) for a single-degree-of-freedom (1-DOF) sit-to-stand transfer robot. Based on a 1-DOF rehabilitation robot, three experiment paradigms involving motor imagery (MI), action observation of motor imagery (AO-MI) and motor execution are designed using both electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG). To enhance motion intention recognition accuracy, a Gumbel-ResNet-KANs decoding model is established. The Gumbel-ResNet-KANs model integrates the Gumbel-Softmax method with the ResNet-KANs network module and demonstrates strong decoding capability, as demonstrated by comparative tests in this paper. To validate the effect of robotic assistance, EEG and EMG coherence are analyzed to assess the impact of robotic assistance on rehabilitation from a neuromuscular perspective in both assisted and unassisted conditions. We assessed the effect of robotics on rehabilitation from an emotional perspective by analyzing the difference between the differential entropy of the right and left brain. The proposed study also reveals that the movement-related cortical potentials in AO-MI are beneficial for promoting the performance of BMI in sit-to-stand training, which provides a possible approach for the development of new types of robots for lower limb rehabilitation.
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