[發明專利]一種基于意念控制的智能假肢運動系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201610464662.3
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN105943207B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 陳萬忠;李明陽;張雨煙;張濤;楊默涵
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: A61F2/72
• 分類號: A61F2/72
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 齊安全

1.一種意念控制的智能假肢運動系統，其特征在于：包括腦電采集模塊、腦電分析模塊、驅動控制模塊和關節角度反饋模塊；

所述腦電采集模塊采集大腦皮層腦電信號，并對大腦皮層腦電信號進行放大和模數轉換，大腦皮層腦電信號由藍牙模塊傳入腦電分析模塊；

所述腦電分析模塊對傳入的大腦皮層腦電信號進行特征提取和模式識別，將模式識別結果傳入驅動控制模塊；

所述驅動控制模塊根據輸入的模式識別結果調取預存于存儲器中相應模式的角度位置信息，并結合角度傳感器反饋的角度信息形成控制指令，從而驅動相應關節處電機組完成對應指令；

所述關節角度反饋模塊利用分布于各關節處的角度傳感器，實時測量運動過程中各關節在X軸和Y軸的角度信息，并反饋給驅動控制模塊；

所述腦電采集模塊嵌入于可調節式電極帽中，電極帽外接16個電極槽，位置按照國際10/20系統分布于Fp1、Fp2、F3、F4、F7、F8、C3、C4、T3、T4、P3、P4、T5、T6、A1、A2，除A1和A2兩個參考電極外，其余電極位置使用者能夠根據自身情況有選擇的使用；

所述腦電分析模塊和驅動控制模塊都嵌入于同一TMS320LF2407DSP芯片中；

所述TMS320LF2407DSP為核心控制器，TMS320LF2407DSP芯片外連接多個并行外設，包括：藍牙接收器，用于接收信號；電機，用于執行各關節運動；存儲器，用于存儲數據；電源，用于給芯片供電；角度傳感器，用于測量各關節角度；按鍵，用于輸入鍵值；顯示器，用于顯示功能選項。

2.按照權利要求1所述的一種意念控制的智能假肢運動系統，其特征在于：

所述關節角度反饋模塊由分布于指關節、腕關節、肘關節和肩關節處的角度傳感器構成，所述角度傳感器采用LCA328T雙軸傾角傳感器，測量軸為X軸和Y軸，量程為-90°～90°。

3.按照權利要求1所述的一種意念控制的智能假肢運動系統，其特征在于：

所述電機組設為四個電機組，四個電機組協同控制：電機組A由兩個電機構成，位于肘關節，一個電機控制小臂屈伸，一個電機控制小臂轉動；電機組B由兩個電機構成，位于肩關節，一個電機控制大臂屈伸，一個電機控制大臂轉動；電機組C由一個電機構成，位于腕關節，控制手腕擺動；電機組D由一個電機構成，位于指關節，控制手指張合。

4.按照權利要求1所述的一種意念控制的智能假肢運動系統的控制方法，其特征在于：

所述意念控制的智能假肢運動系統的控制方法包括：訓練模式下的控制方法和使用模式下的控制方法，訓練模式和使用模式之間通過按鍵切換；

在訓練模式下，除靜息狀態外，其他狀態腦電信號根據自身需求有選擇的錄入，靜息狀態為必錄入選項，以保證系統的精準控制；

當使用者第一次使用時，需要將系統切換至訓練模式，將使用者相應腦電信號與模式類別進行自定義設置，并對相應腦電信號形成記憶；

當使用者完成訓練模式下的腦電信號錄入，將系統狀態切換至使用模式，使用者能夠發出相應的腦電信號以控制手臂執行對應動作。

5.按照權利要求4所述的一種意念控制的智能假肢運動系統的控制方法，其特征在于：

所述訓練模式下的控制步驟如下：

(1)手動選定待錄入腦電信號的模式類別，建立腦電信號與模式信息之間的對應關系；

(2)開啟腦電采集頭盔，使用者開始想象相應動作，頭盔采集各通道腦電信號，并將腦電信號通過藍牙發射器傳入腦電分析模塊；

(3)提取各通道腦電信號的特征信息；

(4)將特征信息送入分類器中，對分類器進行訓練，建立腦電信號與模式信息之間的映射；

(5)判斷是否達到預設的訓練次數，若未達到預設訓練次數則返回步驟(2)，若達到預設訓練次數則繼續下一步；

(6)將訓練后的分類器送入存儲空間中進行保存。