CN108742957A - 一种多传感融合的假肢控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多传感融合的假肢控制方法，涉及假肢技术领域，包括下列步骤：第一传感器采集截肢患者的前臂肌肉的自主收缩时的肌电信号；所述第一传感器检测第二传感器的信息，判断所述截肢患者的假肢手的手腕方向；所述假肢手的所述手腕调整至适合抓取的姿势后，通过肌肉收缩触发摄像装置，所述摄像装置拍摄被抓取的物体；第三传感器根据所述摄像装置拍摄的被抓取的所述物体，确定所述假肢手的抓取模式，通过所述截肢患者的肌肉收缩比例控制所述假肢手抓取所述物体的抓握力；所述截肢患者可通过肌肉收缩放开抓取的所述物体。该方法可使截肢患者自主控制假肢手，操作更自然，无需训练过程，体验更友好，使用更便捷。

Description

一种多传感融合的假肢控制方法
技术领域
本发明涉及假肢技术领域，尤其涉及一种多传感融合的假肢控制方法。
背景技术
根据第六次全国人口普查我国总人口数，以及第二次全国残疾人抽样调查我国残疾人占全国总人口的比例和各类残疾人占残疾人总人数的比例，推算2010年末我国残疾人总人数为8502万人，其中肢体残疾2472万人。相比于国家***2006年估计的肢体残疾人口2412万，新增了60万肢体残疾人口。对于肢体残疾人士，佩戴功能性假体，重塑他们在日常生活及工作中的运动能力及信心是具有重要社会意义的。
目前国内外商业假肢的主要控制方式可以分为：机械索控假肢、肌电假肢和肌电索控混合假肢。机械索控假肢由于其功能单一、操作不便等固有缺陷，在控制多指灵巧假肢方面存在局限性。通过记录截肢患者残端的不同收缩状态产生的有区分度的肌肉电信号作为控制源，被广泛用于人工上肢假肢的控制。目前的上肢假肢利用一对拮抗肌的两路肌电信号控制多个自由度，比如：将一侧肌肉收缩强度大于另外一侧肌肉收缩强度作为一种模式，一对拮抗肌同时收缩作为另外一种模式等，这种操作模式为截肢患者增加了使用负担。据统计，目前该种肌电控制方式假肢的弃用率高达50％以上。在CN101987048B中提出一种基于模式识别方法的假肢控制***。模式识别方法的基本假设是多次或多天同一动作的肌电信号具有相似性，然而由于肌电信号是一种随机信号，容易受出汗、电极位置改变等影响，从而使得采用模式识别方式前期训练模型失效，截肢患者需要不断重新训练，增加了截肢患者训练负担。
本发明要解决的技术问题是如何提供一种假肢控制方法，使得假肢控制简单易用且实现多自由度的灵巧控制。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种多传感融合的假肢控制方法，该方法可使截肢患者自主控制假肢手，操作更自然，且采用视觉辅助确定抓取模式，无需训练过程，体验更友好，使用更便捷。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何使假肢控制简单易用且实现多自由度的灵巧控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种多传感融合的假肢控制方法，包括下列步骤：第一传感器采集截肢患者的前臂肌肉的自主收缩时的肌电信号；所述第一传感器检测第二传感器的信息，判断所述截肢患者的假肢手的手腕方向；所述假肢手的所述手腕调整至适合抓取的姿势后，通过肌肉收缩触发摄像装置，所述摄像装置拍摄被抓取的物体；第三传感器根据所述摄像装置拍摄的被抓取的所述物体，确定所述假肢手的抓取模式，通过所述截肢患者的肌肉收缩比例控制所述假肢手抓取所述物体的抓握力；所述截肢患者可通过肌肉收缩放开抓取的所述物体。
进一步地，所述摄像装置设置在所述假肢手的手掌部。
进一步地，所述第一传感器是单通道肌电传感器。
进一步地，所述单通道肌电传感器包括差分电极、滤波电路和放大电路。
进一步地，所述单通道肌电传感器设置在所述假肢手的接受腔的内部。
进一步地，所述第二传感器是多轴运动传感器。
进一步地，所述多轴运动传感器包括三轴加速度计、三轴角速度计和三轴磁力计。
进一步地，所述多轴运动传感器设置在所述假肢手的接受腔的内部。
进一步地，所述第三传感器是视觉传感器。
进一步地，所述视觉传感器是二维数字摄像头。
该方法可使截肢患者自主控制假肢手，操作更自然，且采用视觉辅助确定抓取模式，无需训练过程，体验更友好，使用更便捷。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的多传感融合假肢控制方法的示意图；
图2是本发明的多传感融合假肢控制方法的流程图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，多传感融合假肢控制方法中，包括多指灵巧假肢手101，单自由度假肢手腕部102，假肢接受腔103，内置于接受腔的单通道差分电极及多轴运动传感器集成模块104，置于手掌根部的摄像头105，待抓取物体106。
截肢患者在使用时，将假肢接受腔103佩戴在前臂残端，将单通道差分电极及多轴运动传感器集成模块104置于任意一块运动过程中收缩明显的肌肉表面，保证肌电电极和皮肤表面良好接触。
如图2所示，截肢患者佩戴好假肢手后，启动假肢手物理开关，假肢手电源接通复位201，复位至自然状态。当截肢患者想要抓取物体时，上臂带动假肢手至待抓取物体202。
截肢患者判断假肢手的手腕是否调整至合适位置203。如果假肢手的手腕不符合预期抓取位置，截肢患者前臂肌肉短时收缩，同时稍微旋转手臂残端204，同时判断单通道肌电信号是否超过阈值205及加速度信号是否超过阈值206，若二者中有任何一个未超过阈值，假肢手手腕将不执行任何动作，截肢患者需要重新进行一次肌肉短时收缩同时旋转手臂204；若二者均超过阈值，手腕将旋转90度207。
假肢手的手腕预设三种状态：掌中立自然状态、向人体外侧旋转90度的掌心朝上状态及向人体内侧旋转90度的掌心朝下状态。截肢患者可通过稍微旋转前臂残端方向确定假肢手手腕的旋转方向，同时假肢手姿态调整可以通过旋转前臂残端，接受腔带动假肢手进一步细微调整。
假肢手的手腕调整至合适位置203后，截肢患者通过肌肉短时收缩，拍摄待抓取物体208。采用机器视觉方法确定抓取模式(握、捏等)209。假肢手的手指会转动一个很小的角度执行一个预抓取的动作，截肢患者确认是否为期望的抓取模式。若是，则肌肉收缩，比例控制抓取力210，完成抓取211；若不是，则截肢患者可以通过肌肉短时收缩，拍摄待抓取物体208，达到预期抓取模式。
截肢患者完成抓取后，可以通过肌肉长时收缩212，单通道肌电信号超过阈值213后，假肢手放开抓取物体214。同时假肢手手腕依然保持当前状态，等待下一次抓取，从而实现在截肢患者参与下的假肢手控制。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一传感器采集截肢患者前臂肌肉的自主收缩时的肌电信号；
所述第一传感器检测第二传感器的信息，判断所述截肢患者的假肢手的手腕方向；
所述假肢手的所述手腕调整至适合抓取的姿势后，通过肌肉收缩触发摄像装置，所述摄像装置拍摄被抓取的物体；
第三传感器根据所述摄像装置拍摄的被抓取的所述物体，确定所述假肢手的抓取模式，通过所述截肢患者的肌肉收缩比例控制所述假肢手抓取所述物体的抓握力；
所述截肢患者可通过肌肉收缩放开抓取的所述物体。
2.如权利要求1所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述摄像装置设置在所述假肢手的手掌部。
3.如权利要求1所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述第一传感器是单通道肌电传感器。
4.如权利要求3所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述单通道肌电传感器包括差分电极、滤波电路和放大电路。
5.如权利要求3所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述单通道肌电传感器设置在所述假肢手的接受腔的内部。
6.如权利要求1所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述第二传感器是多轴运动传感器。
7.如权利要求6所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述多轴运动传感器包括三轴加速度计、三轴角速度计和三轴磁力计。
8.如权利要求6所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述多轴运动传感器设置在所述假肢手的接受腔的内部。
9.如权利要求1所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述第三传感器是视觉传感器。
10.如权利要求9所述的多传感融合的假肢控制方法，其特征在于，所述视觉传感器是二维数字摄像头。
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