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項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導(dǎo)致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡(jiǎn)易的語言康復(fù)方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動(dòng)，使其發(fā)出語音信號(hào)。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓(xùn)練周期長(zhǎng)，并且需要患者自己手持助

本發(fā)明公開了一種可穿戴式助力外骨骼下肢機(jī)構(gòu)的控制方法，該方法首先通過實(shí)時(shí)控制器檢測(cè)到腳底壓力傳感器信號(hào)，并判斷助力外骨骼下肢機(jī)構(gòu)是處于擺動(dòng)還是支撐狀態(tài)，根據(jù)所處的狀態(tài)選擇采集腰部上或小腿上的多維力傳感器的信號(hào)；實(shí)時(shí)控制器將多維力傳感器接觸點(diǎn)的力轉(zhuǎn)換為該點(diǎn)期望的速度，通過運(yùn)算進(jìn)而得出髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的期望角度；實(shí)時(shí)控制器通過采集運(yùn)算旋轉(zhuǎn)編碼器的角度信息，輸出控制電液伺服閥的電壓信號(hào)；伺服閥放大板將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電液伺服閥的電流信號(hào)；電液伺服閥根據(jù)電流信號(hào)的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)流入液壓缸流量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞位置的控制；本發(fā)明在人機(jī)間交互問題上有效、可靠，并具有對(duì)人體運(yùn)動(dòng)意圖快速響應(yīng)的特點(diǎn)。

本發(fā)明公開了一種可穿戴式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，包括肩關(guān)節(jié)、上臂、肘關(guān)節(jié)、前臂、腕關(guān)節(jié)和手掌。本發(fā)明機(jī)器人裝置有 8個(gè)自由度，用來模擬人的上肢關(guān)節(jié)自由度，康復(fù)訓(xùn)練中能夠提供較多的活動(dòng)度，使人體上肢的主要關(guān)節(jié)都能得到輔助訓(xùn)練；采用可穿戴式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，能穿著于患者身上，舒適性好，并且直接作用于患肢，因此訓(xùn)練的針對(duì)性強(qiáng)，效果好。多自由度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以滿足多種控制方式，可以輔助患肢進(jìn)行單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和多關(guān)節(jié)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到輔助完成患者的日常生活需要的目的。

本發(fā)明公開了一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)的控制方法，該方法包括以下步驟：(1)該方法首先采集小臂上的多維力傳感器的信號(hào)；(2)實(shí)時(shí)控制器將多維力傳感器接觸點(diǎn)的力轉(zhuǎn)換為該點(diǎn)期望的速度，通過運(yùn)算進(jìn)而得出肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的期望角度；(3)實(shí)時(shí)控制器根據(jù)PID算法，運(yùn)算并輸出控制電機(jī)的電壓信號(hào)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制電機(jī)的電流信號(hào)；大臂電機(jī)和小臂電機(jī)根據(jù)電流信號(hào)的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上肢大小臂位置的控制；本發(fā)明在人機(jī)間交互問題上有效、可靠，并具有對(duì)人體運(yùn)動(dòng)意圖快速響應(yīng)的特點(diǎn)。

01. 成果簡(jiǎn)介 世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導(dǎo)致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡(jiǎn)易的語言康復(fù)方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動(dòng)，使其發(fā)出語音信號(hào)。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓(xùn)練周期長(zhǎng)，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的新型人工喉的器件及系統(tǒng)研究。 本成果團(tuán)隊(duì)研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發(fā)系統(tǒng)集成、動(dòng)作監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發(fā)聲系統(tǒng)方面有了雙重突破，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的器件級(jí)應(yīng)用至系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的跨越。通過專用電路對(duì)聲音信號(hào)的放大和轉(zhuǎn)換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統(tǒng)和發(fā)聲系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)了聲音輸入到輸出的閉環(huán)，并可以通過示波器實(shí)時(shí)觀測(cè)喉部運(yùn)動(dòng)情況。接著，通過與單片機(jī)的結(jié)合，該器件可以將人體喉部的不同動(dòng)作“翻譯”成不同的聲音，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作發(fā)聲系統(tǒng)。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統(tǒng)可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實(shí)現(xiàn)了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進(jìn)行體積更小及功能更多的集成，有望實(shí)現(xiàn)像“創(chuàng)可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。圖1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)02. 應(yīng)用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發(fā)聲于一體，可直接貼附于失語者喉部，并將喉部的不同動(dòng)作轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)聲音，有望幫助失語者正常與他人“交談”。在未來，該器件將與聲紋識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)結(jié)合，在語音識(shí)別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)2項(xiàng)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 本成果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人為任天令教授，清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，國(guó)家杰出青年基金獲得者，清華大學(xué)環(huán)境與健康傳感技術(shù)研究中心副主任。擔(dān)任IEEE電子器件學(xué)會(huì)副主席（中國(guó)大陸首次）、國(guó)際微電子領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議IEDM執(zhí)委（中國(guó)大陸首次）、IEEE電子器件學(xué)會(huì)教育委員會(huì)主席（中國(guó)大陸首次）、中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)理事等。近年來，承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、國(guó)家重大科技專項(xiàng)、國(guó)家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)、國(guó)家重大儀器專項(xiàng)、國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家973計(jì)劃等多項(xiàng)國(guó)家重要科技項(xiàng)目，做出一系列具有重要國(guó)際影響的創(chuàng)新學(xué)術(shù)成果。主要研究方向?yàn)橹悄芪⒓{電子器件、芯片與系統(tǒng)，包括：智能傳感器與智能集成系統(tǒng)，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統(tǒng)，智能信息器件與系統(tǒng)技術(shù)等。在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊和會(huì)議發(fā)表重要SCI期刊論文400余篇，國(guó)際微電子領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議IEDM論文11篇；獲國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利70余項(xiàng)，入選2018年愛思唯爾（Elsevier）“中國(guó)高被引學(xué)者”（微電子領(lǐng)域唯一入選者）。獲2018年電子學(xué)會(huì)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，“石墨烯智能人工喉”榮獲科技導(dǎo)報(bào)評(píng)選的2017“中國(guó)十大重大技術(shù)進(jìn)展”，“人工智能微納電子器件”榮獲2017“清華大學(xué)十大重大學(xué)術(shù)成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全國(guó)科技活動(dòng)周被評(píng)為“最受公眾喜愛項(xiàng)目”，還入選2018年中國(guó)國(guó)際智能產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)十大“黑科技”創(chuàng)新產(chǎn)品（從1082項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)品中脫穎而出）。團(tuán)隊(duì)成員有副教授、助理教授、助理研究員等7人。05. 合作方式 技術(shù)許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

心血管疾病是威脅人類健康的重要?dú)⑹帧Ｎ覈?guó)心血管病患者已達(dá)到 2.9 億人，心血管病 死亡占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位。中國(guó)已步入老齡化社會(huì)，2050 年，老齡化水平將達(dá)到 30%以上。老年人群體作為心血管疾病的多發(fā)群體，面向老年人的心血管病管理和治療已成為不可回避的一個(gè)重要社會(huì)問題。實(shí)現(xiàn)老年人群體等重點(diǎn)人群心血管健康的長(zhǎng)時(shí)程監(jiān)護(hù)，從而早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早治療，已經(jīng)成為醫(yī)療服務(wù)的重點(diǎn)。 基于長(zhǎng)時(shí)程醫(yī)療數(shù)據(jù)的臨床心電智能檢測(cè)平臺(tái)是推動(dòng)心血管疾病科學(xué)防治和管理升級(jí) 的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，眾多醫(yī)療設(shè)備廠商在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域大力投入，所研發(fā)可穿戴設(shè)備可 實(shí)現(xiàn)用戶心電圖等生理健康數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)程監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了醫(yī)院測(cè)量心電圖的短時(shí)性。本課題中， 基于人工智能算法研發(fā)心血管疾病智能診斷系統(tǒng)，將可穿戴設(shè)備、移動(dòng)終端、云端服務(wù)器所 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷結(jié)果與專家診斷結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)心電疾病診斷智能化。長(zhǎng)時(shí)程臨床心 電智能檢測(cè)平臺(tái)的建立，利用可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶身體狀況的長(zhǎng)時(shí)程監(jiān)測(cè)和異常篩查， 可有效推動(dòng)心血管疾病健康管理模式建立。 北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院心內(nèi)科張萍教授團(tuán)隊(duì)在正常和疾病心電數(shù)據(jù)庫有長(zhǎng)期的積累，曾負(fù)責(zé)十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃《基層心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品應(yīng)用評(píng)價(jià)研究》，在心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品評(píng)價(jià)和推廣 應(yīng)用方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在本項(xiàng)目中提供了醫(yī)療級(jí)心電測(cè)試數(shù)據(jù)庫，與清華大學(xué)王貴錦 副教授一起搭建了醫(yī)生在環(huán)并不斷反饋的心電智能檢測(cè)平臺(tái)，同時(shí)，北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院作為 北京市昌平區(qū)遠(yuǎn)程診斷管理中心，為未來心電產(chǎn)品的推廣應(yīng)用和心電智能診斷的評(píng)測(cè)提供了 良好的平臺(tái)。清華大學(xué)電子工程系王貴錦老師團(tuán)隊(duì)在低功耗硬件設(shè)計(jì)、生理大數(shù)據(jù)分析、心 電智能算法研究領(lǐng)域有著長(zhǎng)期的積累。團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)期刊會(huì)議上發(fā)表文章百余篇，其中 SCI 文章 40 余篇，發(fā)明專利授權(quán)近 20 項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)基于人工智能算法開展心血管疾病智能診斷 研究，在多種心電疾病診斷中達(dá)到世界先進(jìn)水平。 團(tuán)隊(duì)所研發(fā)臨床長(zhǎng)時(shí)程心電智能檢測(cè)平臺(tái)特點(diǎn)如下： l 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)程心電數(shù)據(jù)的展示、查詢、關(guān)鍵指標(biāo)計(jì)算等功能； l 基于醫(yī)療大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)室性早搏、房性早搏、T 波改變、ST 段改 變、早復(fù)極圖形改變、心房顫動(dòng)等 10 余種常見心電術(shù)語的智能診斷，準(zhǔn)確度高； l 建立心電診斷術(shù)語工程化分級(jí)體系，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)和工程科學(xué)高效結(jié)合； l 建立心電圖規(guī)范化數(shù)據(jù)庫，為醫(yī)學(xué)研究創(chuàng)造基礎(chǔ)。 團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的手持式可穿戴心電智能檢測(cè)平臺(tái)特點(diǎn)如下： l 實(shí)現(xiàn)了院外心電數(shù)據(jù)的測(cè)量和采集 l 基于手持式單導(dǎo)聯(lián)設(shè)備和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了心房顫動(dòng)的院外篩查和診斷

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:心血管疾病是威脅人類健康的重要?dú)⑹帧Ｎ覈?guó)心血管病患者已達(dá)到 2.9 億人，心血管病 死亡占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位。中國(guó)已步入老齡化社會(huì)，2050 年，老齡化水平將達(dá)到 30%以上。老年人群體作為心血管疾病的多發(fā)群體，面向老年人的心血管病管理和治療已成為不可回避的一個(gè)重要社會(huì)問題。實(shí)現(xiàn)老年人群體等重點(diǎn)人群心血管健康的長(zhǎng)時(shí)程監(jiān)護(hù)，從而早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早治療，已經(jīng)成為醫(yī)療服務(wù)的重點(diǎn)。

提出的磁顆粒鍍層技術(shù)，有效解決了相變材料和磁性顆粒界面潤(rùn)濕難題。基于MTPCM，設(shè)計(jì)出高能效熱電-高儲(chǔ)熱復(fù)合微供能系統(tǒng)，統(tǒng)籌兼顧了熱電輸出穩(wěn)定性和最大化，證實(shí)了自供電溫濕度無線傳感系統(tǒng)持續(xù)工作的可行性。

健康管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)全民健康國(guó)家戰(zhàn)略的重要組成部分，雖然移動(dòng)互聯(lián)的技術(shù)和應(yīng)用突飛猛進(jìn)，但高效、便利的生物信號(hào)采集終端設(shè)備尚待有效解決。該研究成果是健康物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的智能終端設(shè)備，它基于心率變異性分析的獨(dú)特算法，通過個(gè)體佩戴的可穿戴帶式設(shè)備采集生物信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體健康狀況的整體評(píng)價(jià)，同時(shí)生物信號(hào)數(shù)據(jù)的處理分析依托于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云端，該項(xiàng)需要醫(yī)-工結(jié)合的技術(shù)可助力健康管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)。