项目成果/简介: 本技术基于人体肌肉运动生理学原理，在肌纤维处施加一定模式的电刺激信号可使肌肉发生收缩和拉伸等动作，从而使人产生自主肌体运动或使皮肤触觉小体产生特定的触觉感应。采用穿戴式柔性新型电极阵列实施电刺激，并研究多种用于力触觉反馈的电刺激模式组合，简单易行、轻巧方便、力触觉感应分辨率高，增强虚拟场景沉浸感。同时通过不同的电极阵列结构、材质、形态设计，丰富电刺激模式库，提高力触觉反馈的时间和空间准确度。 虚拟现实力触觉反馈交互技术可用于虚拟现实游戏、虚拟现实教育培训、虚拟制造等领域，也可以用于煤矿、安防等高风险领域，以及电影技术。电刺激肱二头肌力反馈交互虚拟拉弓场景交互知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

本技术基于人体肌肉运动生理学原理，在肌纤维处施加一定模式的电刺激信号可使肌肉发生收缩和拉伸等动作，从而使人产生自主肌体运动或使皮肤触觉小体产生特定的触觉感应。采用穿戴式柔性新型电极阵列实施电刺激，并研究多种用于力触觉反馈的电刺激模式组合，简单易行、轻巧方便、力触觉感应分辨率高，增强虚拟场景沉浸感。同时通过不同的电极阵列结构、材质、形态设计，丰富电刺激模式库，提高力触觉反馈的时间和空间准确度。 虚拟现实力触觉反馈交互技术可用于虚拟现实游戏、虚拟现实教育培训、虚拟制造等领域，也可以用于煤矿、安防等高风险领域，以及电影技术。 电刺激肱二头肌力反馈交互 虚拟拉弓场景交互

伴随着虚拟现实技术，增强现实技术，触觉反馈技术以及智能机器人的出现，人们在视觉和触觉上有了越来越多不同的全新体验。例如，目前对 于机器人的操作方式一般是通过遥控装置或是手动触控，这个使用者的操作带来 很多不方便而且对于初学者来讲也不是很好掌握，同时操作失误率较高，因为我们不能真切的感受到机器人的世界。具备视觉与触觉反馈的体感机器人采用体感交互装置采集目标人体肢体关 节信息，对目标人体的姿态或动作进行分析识别;根据获取到的分析识别结果产 生对应的体感交互指令;将体感交互指令发送至机器人，机器人执行体感交互指 令;同时机器人采集自己周围环境信息，例如指尖压力信息和周身图像信息，通 过体感交互装置反馈给目标人体。通过上述方式不仅突破了传统的对机器人的控 制方式，而且通过触觉反馈的方式还有 3D 图像的显示，在大程度的让使用者得 到沉浸式的操作体验。随之而得到的不仅仅是方便的操作和大大降低的操作失误 率，同时也给用户带来了更为生动的操作体验。

本发明公开了一种多线圈电磁式力触觉反馈装置及方法，包括底座、设置在底座上的 n 个电磁线圈 和操作杆;电磁线圈内部为导磁铁芯、外部缠绕铜线，并与嵌入式控制系统的驱动线圈控制电路连接; 一个电磁线圈作为磁场补偿线圈设置在底座中心轴处，其余电磁线圈作为磁场产生线圈在操作空间中围 绕中心轴等距分布在底座上;线圈的姿态能够随着人机交互应用案例的需要而调整，线圈的位置能够随 着不同的人机交互应用需要而动态改变;操作杆由磁铁及手柄构成，用于在线圈产生的可操作有效磁场 空间中与磁场交互。本发明

1.痛点问题 协作机器人与人类共享工作空间，通过直接（即物理上）或间接地与人类交互共同开展操作任务。相比传统工业机器人，协作机器人有更高的安全性和更易于编程的特点，能够通过人类示教部署于各种不同的任务并灵活地与人类配合。随着传统工业机器人带来的效率提升趋于饱和，能够安全配合人类的协作机器人能够进一步提高制造业的生产效率，带来可观的经济效益。然而，现有的协作机器人存在以下两大痛点问题。 问题一：安全和效率之间的权衡一直是人机交互中未系统解决的开放性问题。当存在人机直接接触时，为了保证人的安全，现有的协作机器人是通过中止正在进行的任务、顺从人的干预以保证安全；然而，不论人是有意地干预（即工人直接抓取机械臂来引导其任务）还是无意地接触机器人，都将造成机器人暂停手头工作；直到人类停止干预，机器人才能继续执行它的任务。虽然这种人机协作方式能够保证机器人与工人合作的安全，但因为机器人需要在不同的工作模式之间切换，其工作效率将会受到影响。 问题二：如何提高人的示教效率为协作机器人的另一大痛点问题。协同机器人多用于能够灵活拆装的生产线，以适应新的任务，因此新任务的编程效率很大程度上决定了工作效率。基于人类示教的编程方式具有自然、本能的优势，能够直接传递人类的操作技巧与经验。其中，将示教轨迹参数化为可以编辑修改、适应不同任务的形式是提高效率的核心问题。该示教轨迹不光应该包含机器人末端的运动数据，而且应该包含同时调整的冗余关节运动数据，从而同时完成末端主任务与关节避障任务，以适应工作环境。现有的示教方式未能结合离线示教与在线介入，因此无法适用于需要同时记录机器人末端和关节的示教任务。 2.解决方案 本项成果基于增强现实-触觉感知技术，开发了混合交互接口与人机互补操作算法，以解决上述痛点问题。 ①对于问题一，本项成果提出了自适应视觉控制与零空间阻尼控制的协作框架：在有限视场、未校正相机、关节奇异的情况下，保证了机器人在整个工作空间内的全局稳定性；在不影响机器人末端任务的前提下，允许人类专家随时、安全地介入以改变机器人关节姿态，以应对环境动态变化或突发事件，从而实现了安全与效率并重的人机协作方式。 ②对于问题二，本项成果构建了增强现实-触觉感知的混合接口，让人类专家可以在任务和冗余联合空间进行双手演示，同时记录机器人末端与机器人关节的数据。示教轨迹基于DMP方法进行参数化，能够根据不同任务所需的末端位置、关节角度、运动速度进行自适应调整，在保证末端任务精度的同时完成关节的避障任务。 技术核心： ①基于增强现实-触觉感知的混合交互接口; ②用于双手示教的机器人轨迹学习方法; ③自适应全局稳定控制算法。 预期产品：用于人机互补协同操作的设备与软件 3.合作需求 1)资金需求：本项成果开发的人机互补协作平台，在硬件与软件研发阶段需要资金投入，需约250-500万元人民币； 2)孵化资源：公司研发所需办公及研发场地、实验室、分析与测试实验室等； 3)团队：协作平台开发团队、商务开发与合作团队、财务、法务等支持团队； 4)生产制造企业合作：提供人机协同操作的场景与需求，开展工厂真实环境的测试与部署； 5)基础研究合作：与协作机器人、增强现实、触觉感知方向的国内外基础研究团队合作，开发新的交互设备与算法。

生物反馈是医学、电子学、计算机技术、生物控制论以及近代心理学、精神生理学相互渗透而形成的一种新型的行为医学治疗技术。基于该技术，近年来南京大学生物医学电子工程研究所成功研制了以下生物反馈仪：脑功能生物反馈仪 与传统的药物疗法相比，脑电生物反馈疗法更能充分调动受训者的内在潜力，使受训者积极参与治疗。此项技术可用于神经精神疾病的治疗，如癫痫、注意力障碍多动综合症(ADHD)、学习障碍、睡眠障碍等症。 自主神经功能仪 自主神经功能仪构思新颖，为国内

智能身心反馈放松椅 一、初始状态尺寸：沙发尺寸cm：高105 宽94 长103。 二、沙发整体组合材质：电动控制系统，靠背可进行100度-170意调节，腿部可进行90度-170度任意调节。 颜色：米白加果绿。净重：55KG。开合次数：5万次开合测试，无故障。 沙发组合材质：                                                                                                                                  1、高规格加粗木方做骨架2、加密字簧+进口牛皮筋+中软海棉+无纺布+坐架布3、坐垫使用高密度海绵，靠背、扶手内胆填充3A公仔棉4、晨光龙机械架 三、体感系统配置： 控制器一台：播放控制音量、振动大小调节，上下曲切换，播放模式等。 功率放大器一台:播放模式：TF卡、蓝牙、3.5MM音频输入；3.5MM音频输出至耳机，接收控制器输入信号，音频输出至喇叭，并提取音频中的10-150赫兹低频经放大输出至换能器。 低音频体感振动换能器6个：8欧10瓦；沙发内置。 四、RV反馈放松训练系统V2.0是一款基于心率变异性和新生物反馈技术的“双心”健康管理系统。它根据对人体心率变异性及其频域特征的分析来确定人的生理和心理状态，并通过调节人体自主神经系统内的和谐与平衡，达到增强心理调节能力、提高生理健康水平的目的。 该系统采用红外光电传感器获取心率变异信号，通过USB接口与电脑相连接。用户可在电脑上看到自主平衡前后其心率变化、输送比的变化，并可反复训练，以达到消除紧张、疲劳、焦虑和提升个人表现的目的。该系统结合了生物反馈的新成果和技巧，添加了丰富多彩的训练项目和放松引导来辅助训练，用户可以通过轻松有趣的互动体验过程来调节自己的身心协调状态。 五、硬件系统：（四核、8GB内存、128G固态硬盘、21.5寸液晶显示器） 六、移动台车：材质abs，尺寸：550mm*500mm*850mm

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 智能交互织物是未来纺织品发展的重要趋势，是目前广受产学界追捧的前沿科技领域之一。随着新型智能织物的出现以及传感器和人工智能技术的发展，智能交互织物领域实现了新的突破。新型智能交互织物将可穿戴织物与传感器、人工智能等技术相结合，具有可穿戴、智能、灵活、自适应的性能，能够更好地满足人们的需求。智能交互织物主要技术原理为利用柔性织物传感器件实现对人体多种信号的采集，然后通过WiFi、蓝牙等无线传输模式实现对信号数据的实时传输，再利用机器学习和神经网络等算法实现对所采集数据的分类处理，最后将处理后的信号利用实时可视化界面进行展示，从而实现更智能的人机交互。与传统织物相比，新型智能交互织物采用新一代智能纤维制成，并嵌入了多样化的微传感器技术，实现了将可穿戴织物与传感器、人工智能等计算机技术完美融合。具有可穿戴、智能、灵活、适应性强等特性，能够更好地满足社会需求，更容易被用户接受。智能织物的出现，标志着传统纺织业与电子技术、制造技术、传感器技术、人工智能技术、物联网技术等新兴科技的进一步融合。

1969 年, Kawai 发现在极化的含氟化合物, 聚偏二氟乙烯(PVDF ) 中, 具有很高的压电能力。 PVDF 压电薄膜还具有宽频带、高介电强度等特性, 同时具有柔韧、极薄、质轻和高韧度等机械特点, 可以制成多种厚度和较大面积的阵列元件。在触觉应用中的主要问题是: 同时对温度敏感, 压电信号同热电信号耦合在一起;不能测纯静态信号, 频带下限0. 001Hz。PVDF (聚偏二氟乙烯) 压电薄膜具有压电能力高、柔韧、极薄、质轻等特点, 其具有许多特性接近人类皮肤的特性, 受到研究人员的关注

产品概述： 人体针灸穴位数字交互系统是依据全国中医药行业高等教育“十四五”规划教材《针灸学》等进行研发，结合最新的计算机和三维虚拟仿真技术，把腧穴的认穴识穴、针灸手法、针灸治疗、人体解剖等知识进行呈现。针灸穴位发光人模型根据真实人体比例制成，含肌肉解剖、经脉循行流注、经脉络属表里关系等专业知识，内置光电感应电路模拟人体穴位，可实现穴位发光、语音播报、模型同步跟随，形成了新的中医针灸穴位的互动教学模式，方便了老师教学和学生学习。 系统内容： *1.1.、系统包含十四经络和针灸治疗两大模块。 *1.2、十四经络：包含了手太阴肺经、手阳明大肠经等十四经络循行（古今）介绍、病候、主治、穴位、分寸等内容； *1.3、针灸治疗：涵盖六种疾病类型，上百种病症的定义、辨证、治疗、主穴、配穴、方义、操作等详细内容 *1.4、针刺视频：包含40多种针刺手法以及分布腧穴毫针刺法、局部多针刺法等视频教学，教学效果直观有效。 1.5、穴位详解：三维虚拟模型上详细展示人体≥800（包含双侧）个腧穴的名称、注音、国际代码、点位、解剖位置等信息。 *1.6、常见的危险穴位具有特殊标记，详细信息包含异常针刺情况表现及情况处理。 *1.7、配备腧穴的横断面或矢状面图谱，了解腧穴在皮下的解剖结构和针刺的入针情况。 二、实训功能： 2.1、可实现铜人模型上≥210个穴位灯光的实时操控。 *2.2、软硬件同步：穴位发光、声音、三维虚拟人体模型跳转同步控制。 2.3、腧穴播报：可在使用硬件操作时，系统可以自动实时播报腧穴名称等内容。 2.4、双向交互：软件可控制铜人穴位灯的开启与关闭，铜人穴位触控笔点亮穴位，软件中三维模型可跳转到相应位置，并播报其穴位名称。 *2.5、在没有与软件系统相连接时，用户也可使用穴位触控笔点亮铜人模型上的穴位灯光。 *2.6、单穴、多穴：可选择单穴或多穴模式，实现不同数量穴位灯光的开启与关闭。 *2.7、经络循行：通过三维动效形式展示。可通过软件系统操作数字虚拟模型的经络开关，点亮铜人上的一整个经络穴位，显示十二经脉循环流注，经脉络属表里对经关系，直观了解人体中医经络循行。 *2.8、铜人穴位灯光可实现经络的循行走向。 2.9、穴位灯光可实现闪动与常亮。 2.10、利用红、橙、蓝、绿四种颜色穴位灯进行经络及穴位区分。 2.11、复位功能：一键关闭硬件模型上所有的灯光显示。 2.12、系统具有示教、训练多种功能，根据需求，在软件功能里选择需要点亮标记的腧穴，进行相关的教学和训练。 *2.13、针灸治疗模块下，配合铜人模型可对不同病症的主穴或配穴的穴位灯单独显示。 *2.14、演示功能：可实现所属经络的穴位灯光循环闪动。 三、软件功能 *3.1、根据真实人体比例打造高仿真的三维人体数字模型，可进行任意角度旋转、放大、缩小、平移，可切换前、后、左、右、上、下六视图、对任意界面进行截图保存等多种操作等。 3.2、重置：一键重置三维模型至初始状态。 3.3、对称穴位：一键显示对侧的穴位，方便对侧穴位的定位和学习。 3.4、骨度分寸：根据当前学习的穴位，一键获得根据临近结构得出的分寸信息，更方便腧穴认知。 *3.5、透明度：可一键透明皮肤、肌肉、骨骼，也可以调节不同层度的透明度，方便学习人体的内部解剖结构的毗邻关系。 *3.6、搜索：输入穴位名称、拼音或代码，可在三维人体模型上快速定位到该穴位。 *3.7、系统：可以对皮肤、肌肉、骨骼、脏器、血管、神经等解剖系统进行隐藏和显示。 3.8、设置：多背景颜色设置，适配不同的操作场景。 3.9、界面清爽模式：一键隐藏所有功能选区，只显示三维虚拟模型，并可随时调取。 3.10、一键实现模型衣服的隐藏和显示，方便模型穴位的查看。 3.11、语音功能：针对详细注解内容，进行对应的语音讲解。 *3.12、具备模拟考试功能,自动从实训题库中随机选择5道题目，组成模拟卷，供随机练习。另具有危险穴位题库可供选择。 四、配置清单 4.1、65寸触摸一体机含支架。 4.2、主机：intel i5处理器、 8G 及以上内存、 500G SSD高速固态硬盘、独立显卡支持高清输出。 *4.3、仿古铜人模型：全铜打造，高度不低于168CM，重量不低于75kg. 五、中医针灸数字人系统V1.0 一套