[發明專利]用眼動信號控制上假肢運動的控制系統和控制方法有效

申請號：	201110215580.2	申請日：	2011-07-21
公開（公告）號：	CN102309366A	公開（公告）日：	2012-01-11
發明（設計）人：	樊炳輝;周凱;彭琛;紀鵬;孫愛芹;王傳江;黃粱松;朱雪梅	申請（專利權）人：	山東科技大學
主分類號：	A61F2/70	分類號：	A61F2/70;G06K9/00
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	266510 山東省青島經***	國省代碼：	山東;37
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摘要：
搜索關鍵詞：	用眼動信號控制假肢運動控制系統方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及康復輔具技術領域的上肢假肢技術，尤其是涉及上肢假肢的控制系統與方法。

背景技術

如何讓殘疾人方便、靈活地控制上假肢是上假肢研究中一個非常重要的內容。目前國際上用于上假肢控制的仿生控制信號主要有人體自身的肌電信號、腦電信號、神經信號和語音信號等。

采用肌電信號控制假肢的基本原理是：將殘肢肌肉收縮時產生的動作電位由皮膚電極引出，經過生物電放大器放大后送入計算機分析，提取出反映運動意愿的有效特征，運用特征矢量與運動空間的映射關系來驅動機械臂運動和假手開合。目前上假肢的主要仿生控制信號源就是肌電信號。

盡管肌電上假肢在實際應用中獲得了成功，但當截肢患者的殘肢太短，或者因癱瘓而導致肌肉萎縮時，就不能提供足夠的上假肢所需要的控制信息。同時，肌肉的疲勞、電極位置的改變、肌電信號的訓練、體重的波動都會使肌電信號的特征值發生變化，造成多自由度肌電假肢的控制準確度難以提高。此外，由于對肌電信號的解碼能力所限，肌電上假肢所能控制的自由度也是很有限的。

腦電信號本質上是中樞神經系統工作過程中神經和突觸所產生的電噪聲。研究表明，腦電信號的變化與肢體的運動之間存在某種相關性，將這種相關性加以解釋，建立腦電活動與自主運動之間的對應關系，那么腦皮層與外界就可以進行信息交換了。

利用從頭皮記錄的腦電活動作為信息源，即使最嚴重的截肢患者也能夠使用。然而腦電過程是非常復雜的，目前對它的研究還只限于開發簡單的腦機接口裝置，其能夠識別的模式比較少，識別率不高，并且目前的腦電采集裝置也比較復雜。每次使用該裝置前都需在頭皮處涂導電膏，這就給使用帶來不便。

神經的電生理活動不僅不受人體疲勞程度的影響，重復再現性高，且神經信息傳遞時彼此之間互不干擾，具有極佳的清晰度。這些特征使神經活動在充當控制信息源方面具很大的優越性?；诖耍琖an等提出了把人體上肢神經信號轉化為控制指令來控制假肢的思想。然而要采集精確的神經信號需要將硅片和電極植入人體內，目前在技術實現上還有很大的難度，而且對運動信息的神經解碼問題的研究目前還正在進行。

與其他方式控制假肢相比，聲控能完成的控制功能更多，更方便，精度也更高，它的不足之處在于在特定環境中使用聲音作信號源并不合適，比如在會場等需要保持肅靜的場合不宜用聲音來控制假肢，而且患者與別人進行語言交流的時候也可能導致假肢產生誤動作。

發明內容

為克服現有假肢控制方式技術的不足，本發明提供一種用眼動信號控制上假肢運動的控制系統和方法。

一種用眼動信號控制上假肢運動的控制系統，它是由眼睛圖像采集模塊、眼動特征提取模塊、預定義特征存儲模塊、特征匹配模塊、指令確認模塊和驅動模塊組成；其中：

1、所述的眼睛圖像采集模塊由攝像頭和傳送裝置構成，攝像頭用于采集眼睛的圖像，傳送裝置用于將圖像編碼并發送到眼動特征提取模塊。

2、所述的眼動特征提取模塊用于從眼睛圖像中提取出眼動特征并將其發送到特征匹配模塊。它包括以下單元：眨眼檢測單元、眼球轉動方向識別單元和特征向量存儲單元；其中：

1)眨眼檢測單元用于檢測眨眼事件并記錄眼睛閉合的持續時間；

2)眼球轉動方向識別單元用于計算瞳孔的位移并判斷眼球的轉動方向；

3)特征向量存儲單元用于存儲與眼睛的動作相對應的特征向量。

3、所述的預定義特征存儲模塊用于存儲上假肢的動作指令和與之相對應的眼動特征。

4、所述的特征匹配模塊用于將眼動特征提取模塊提取出的眼動特征與預定義特征存儲模塊中的特征進行匹配，獲得上假肢的動作指令，并將動作指令發送到指令確認模塊。

5、所述的指令確認模塊用于將特征匹配模塊獲得的動作指令交于受試者確認，如果指令無誤，則將其發送到驅動模塊，如果有誤，則通過“取消”命令刪除該動作指令并重新提取眼動特征。