[發(fā)明專利]采用肌電和腦電協(xié)同控制的假肢手及其控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710057371.3
• 申請日: 2007-05-18
• 公開（公告）號: CN101057795A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李醒飛;鐘瑩;裘祖榮;張國雄;向紅標(biāo);朱嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: A61F2/72
• 分類號: A61F2/72;A61F2/70;A61F2/54
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種人手的取代物及其控制方法，特別涉及一種采用肌電和腦電協(xié)同控制的假肢手及其控制方法。

背景技術(shù)

自第二次世界大戰(zhàn)以來，假肢手技術(shù)得到了顯著發(fā)展尤其是肌電控制假肢手得到了廣泛的應(yīng)用。肌電假肢手是一種利用生物電控制的人-機系統(tǒng)，通過人體肌電信號與假肢進(jìn)行的信患交換，控制假肢手的開合動作。

國內(nèi)外肌電假肢手的研制已具有一定的基礎(chǔ)，如德國Otto?Bock研制的自動SUVA感應(yīng)手，通過肌電信號的強弱來控制假肢手的握力和張、合速度，使抓取動作簡單、自然。目前的肌電假肢手還具有集成多種傳感器的反饋功能，如假肢手帶有觸覺和滑覺的功能，能自適應(yīng)控制握力來抓取物體。

在中國專利文獻(xiàn)CN1582866A中披露了一種帶觸覺的肌電仿生電動假手，將假手觸覺與假手的肌電控制有機結(jié)合，使假手控制過程收到肌電信號和感覺信號的雙重制約，達(dá)到了比較理想的仿生控制。

但是，僅采用肌電信號作為假肢信號源也有一定局限：操控者長時間工作，肌肉容易產(chǎn)生疲勞；肌肉的疲勞、電極位置的改變、體能波動等都會使肌電信號的特征值發(fā)生變化，造成控制的準(zhǔn)確度和信息模式的重復(fù)再現(xiàn)性不好；另外，高位截肢患者或因癱瘓導(dǎo)致肌肉萎縮時，不能提供足夠的肌電控制信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是采用肌電信號和誘發(fā)腦電協(xié)同控制的辦法實現(xiàn)對假肢手的控制，克服僅以肌電信號作為假肢信號源的局限。

采用肌電和腦電協(xié)同控制的假肢手，包括裝在殘臂上的拾電電極、與電極對應(yīng)的肌電信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集、由計算機完成肌電信號運動模式識別和軌跡預(yù)測模塊，由模式識別和軌跡預(yù)測模塊輸出控制信號經(jīng)驅(qū)動電路帶動的電動假肢手、觸滑覺一體化傳感器，其特征在于，還包括：

一根據(jù)觸滑覺一體化傳感器信號決定是否啟動的系統(tǒng)反饋刺激裝置；

檢測事件相關(guān)電位中的P300腦電波的拾電電極；

與拾電電極對應(yīng)的腦電信號處理模塊；

腦電A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集部分；

輸出信號與電動假肢手驅(qū)動電路相連的力量及速度調(diào)節(jié)模塊。

采用肌電和腦電協(xié)同控制假肢手的方法，包括下列步驟：

(1)系統(tǒng)首先通過處理模塊對肌電信號進(jìn)行采集和放大；

(2)然后對肌電信號進(jìn)行特征提取和模式識別；

(3)觸滑覺一體化傳感器測得被抓物體的抓取情況的信號，

(4)當(dāng)信號反映被抓物沒有抓取好，反饋刺激裝置給操控者一定形式的物理刺激信號；

(5)腦電的拾電電極檢測事件相關(guān)電位中的P300腦電波

(6)腦電波經(jīng)腦電信號處理模塊處理后輸出到力量及速度調(diào)節(jié)模塊；

(7)調(diào)節(jié)模塊的輸出信號完成對電動假肢手的進(jìn)一步控制。

上述述步驟(1)中對肌電信號的采集中，放大和濾波功能分四級實現(xiàn)；第一級采用儀用放大器將采集到的生物信號放大數(shù)十倍；第二級采用無源雙T型陷波電路，電路的電阻和電容經(jīng)過匹配，可以很好地濾除50Hz干擾；第三級采用高通濾波器，濾除極化電勢產(chǎn)生的直流電位；第四級采用低通濾波器，濾除高頻干擾，腦電信號的截止頻率設(shè)置在30Hz，肌電信號的截止頻率設(shè)在500Hz；該低通濾波器還可作為A/D轉(zhuǎn)換前的防混迭濾波器；從人體的安全性考慮，在電路中采用高速數(shù)字光耦隔離。

上述步驟(2)中采用小波包和主元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的特征提取辦法和LVQ網(wǎng)絡(luò)分類器對受試者動作進(jìn)行模式識別。

上述步驟(2)中對握拳、展拳、手臂內(nèi)旋、手臂外旋和自然放松五種狀態(tài)進(jìn)行特征提取和模式識別。

上述步驟(4)中物理刺激的方式可以為電刺激或振動。

采用肌腦電協(xié)同控制的方案有效地克服了僅以肌電信號為信號源的局限性，對誘發(fā)腦電進(jìn)行了進(jìn)一步的探索研究，為假肢手實現(xiàn)完成更多、更復(fù)雜的動作模式提供了有效的途徑，使假肢手的功能更接近于人手。

附圖說明

圖1肌電、腦電信號的協(xié)同控制原理示意圖；

圖2生物信號采集系統(tǒng)；

具體實施方式