[實用新型]基于眼部和下頜肌電信號對智能假肢的控制裝置

有效

• 申請號: 201520562361.5
• 申請日: 2015-07-30
• 公開（公告）號: CN204909749U
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 白殿春;楊俊友;張守先;橫井浩史;孫柏青;姜銀來;蘇笑瀅;楊光;張家晉
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: A61F2/72
• 分類號: A61F2/72;A61F2/70
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周智博

技術領域

本實用新型涉及一種模仿人手運動的假肢，特別涉及一種基于眼部和下頜肌電信號對智能假肢的控制裝置及方法。

背景技術

人手作為人體重要器官之一，在人們的日常生活中有著舉足輕重的作用，不僅需要通過其進行各項勞動性行為，在與他人交流或探索未知物體時同樣占據重要地位。由于人手具有十分精細的結構，決定了其可以完成多種復雜的功能，長期不斷地學習、訓練使復雜功能的實現成為可能。這些是因人腦與手部間長期相互促進、影響、進化的結果，致使人腦在控制人手完成相應運動模式時無需投入額外的心理關注。

仿生手臂是20世紀后10年發展起來的具有高性能的新一代假肢，是機器人學和生物醫學工程領域的一個前沿性研究課題。仿生手臂的智能性主要體現在假手做較復雜動作時的多手指協調能力，抓取物體時的握力自適應控制能力和對物體形狀的（自適應）柔順性。仿生手臂能夠根據人的大腦發出的意念自由地控制假手完成各種動作，在抓取物體時能夠感知物體的外部特征，自動調整假手系統的參數，使假手完成靈活、可靠的動作。

目前用于智能仿生手臂基本都是采用大腦信號控制，然而大腦控制信號干擾性大，采集信號不穩定，誤差較大。

發明內容

實用新型目的：本實用新型提供一種基于眼部和下頜肌電信號對智能假肢的控制裝置及方法，其目的是克服了現有假肢手干擾性大，采集信號不穩定，誤差較大的不足。

技術方案：本實用新型是通過以下技術方案實現的：

基于眼部和下頜肌電信號對智能假肢的控制裝置，其特征在于：它包含眼睛或者下頜表面肌電信號采集模塊，肌電信號處理模塊，眼睛或下頜運動特征提取模塊、特征匹配模塊和假肢控制模塊；眼睛或者下頜表面肌電信號采集模塊連接肌電信號處理模塊，肌電信號處理模塊連接眼睛或下頜運動特征提取模塊，眼睛或下頜運動特征提取模塊連接特征匹配模塊，特征匹配模塊連接假肢控制模塊。

假肢控制模塊包括與特征匹配模塊連接的四指電機、拇指電機和腕關節電機，四指電機通過機械傳遞裝置連接假肢手的四指，拇指電機通過機械傳遞裝置連接假肢手的拇指，腕關節電機通過機械傳遞裝置連接假肢手的腕關節。

利用上述的基于眼部和下頜肌電信號對智能假肢的控制裝置所實施的控制方法，其特征在于：該方法利用眼睛或者下頜表面肌電信號采集模塊實現對眼睛的眨動或者下頜的張合運動過程產生的肌電信號采集，并發送到信號處理模塊，特征提取模塊把處理后的肌電信號傳送到特征預存儲模塊，通過所述特征匹配模塊，實現對假肢手的運動控制，進而完成通過眼睛的眨動或者下頜的張合運動事件進行組合，以產生多種不同的特征，從而完成假肢手的控制功能。

眼睛或者下頜表面肌電信號采集模塊是從眼部和下頜獲取皮膚表面的表面肌電信號并傳送給肌電處理模塊，此模塊主要包含三個部分：采集參數設定，采集時間記錄，動作指引，通過采集參數設定和動作指引，檢測眨眼動作和下頜張合動作數據并記錄眼睛閉合時間和下頜動作持續時間。

眼睛或下頜運動特征提取模塊主要由雙眼眨眼信號識別單元以及下頜張合信號識別單元構成，通過提取到不同運動模式的各種特征判別相應動作指令，其中對信號的運動特征通過時域分析、頻域分析、時頻域分析、非線性熵和混沌的方法提取。

該方法的步驟如下：

（1）、將眼睛或下頜運動特征提取模塊貼于眼睛或下頜處，利用眼睛或下頜運動特征提取模塊從眼部和下頜獲取皮膚表面的表面肌電信號并傳送給肌電處理模塊；

（2）、肌電處理模塊將信號傳輸至眼睛或下頜運動特征提取模塊進行特征提取；

（3）、利用模式匹配模塊是與傳送進來的特征信號通過對比判別進行特征匹配，將輸出的相應設定動作指令傳送至假肢控制模塊，通過識別動作、確認動作和匹配動作的過程，判斷出提取的特征是否符合對應的眼睛或者下頜運動特征向量期望動作，若符合，則進入假肢控制模塊；

（4）、利用假肢控制模塊控制假肢手五指及手腕電機做出相應的指令動作。

眼睛或者下頜表面肌電信號是對左眼連續眨動、右眼連續眨動、雙眼同時連續眨動、張嘴、咬牙，吐舌六種狀態進行信號特征識別。

在六種模式下采集的EMG信號時，要求使用者按如下方式運動：

1)握拳：左眼連續眨動5次，假肢手由手掌自然松弛狀態變為握拳狀態；

2)展拳：右眼連續眨動5次，假肢手由手掌自然松弛狀態變為展拳狀態；

3)伸掌：雙眼眼連續眨動5次，假肢手由手掌自然松弛狀態變為握拳狀態；

4)手臂內旋：張嘴3秒左右，假肢手由手掌自然松弛狀態變為手臂內旋狀態；