[實用新型]一種基于生物電阻測量的仿生假肢

有效

• 申請號: 201720024389.2
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN206730022U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 吳祖智
• 申請（專利權）人: 云南巨能科技發展有限公司
• 主分類號: A61F2/54
• 分類號: A61F2/54;A61F2/58;A61F2/72
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 劉洪京

技術領域

本實用新型涉及假肢控制技術領域，具體地，涉及一種基于生物電阻測量的仿生假肢。

背景技術

仿生假肢是截肢患者生活的不可缺少的部分，然而現今市場上的假肢多為純機械構造的假肢。這種假肢雖然經濟實惠但是功能簡單，往往無法滿足患者除了抓舉外更多的需求。通過電子控制的高級假肢雖然可以完成更多更復雜的動作，但是價格不菲。正在研究中的生物假肢通過復雜的模式識別運算來解讀肌肉神經上的肌肉生物信號（EMG）從而控制機械臂，這些機械臂功能更強大，但是系統也同時更復雜。而且為了達到更好的控制效果，往往需要從手臂上植入電極。

生物電阻測量是一種無創的測量方式。目前被廣泛運用于鑒別生物樣本的病變，大腦區域成像，以及逐漸商業化的肺部成像。其原理是通過激勵電極輸入恒定電流（電流激勵法）或電壓（電壓激勵法），并采集由激勵源產生的誘導電壓或者誘導電流。

實用新型內容

本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種基于生物電阻測量的仿生假肢，能夠通過解讀大腦控制的肌肉生物信號實現控制假肢的目的，從而滿足多個動作的實施，同時降低假肢成本。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種基于生物電阻測量的仿生假肢，主要包括：生物電阻測量模塊、信號處理控制模塊和機械手，所述信號處理控制模塊通過線纜向生物電阻測量模塊發送激勵信號，在激勵信號的作用下生物電阻測量模塊對生物電阻進行測量，將測量數據回傳至信號處理控制模塊，所述信號控制處理模塊對測量數據進行生物電阻分布分析并通過神經元網絡解讀肌肉的運動方式，根據解讀結果，數據通過線纜向機械手發出控制命令信號，機械手根據控制命令信號執行相應的動作。

進一步地，所述動作包括手指運動，手腕運動，以及拇指關節處的上下運動。

進一步地，所述激勵信號為電壓激勵信號或者電流激勵信號；所述生物電阻測量模塊具體包括可穿戴在截肢部位的生物電阻測量腕帶，所述生物電阻測量腕帶包括均勻分布在腕帶內側的電極。

進一步地，所述電極由導電布構成，所述電極的數量N=2^n，n為大于或等于2的自然數。

進一步地，當激勵信號為電流激勵信號時，所述生物電阻測量模塊為無源電極測量模塊，具體為激勵電壓經電流源后產生AC電流，通過模擬開關向導電布電極進行激勵。

進一步地，所述生物電阻測量模塊包括電流源、模擬開關、運算放大器、濾波器、可編程增益放大器和模數轉換電路，電流源通過模擬開關對電極進行激勵，激勵后運算放大器測量生物電阻信號，得到的生物電阻信號經濾波器、可編程增益放大器和模數轉換電路的處理，將生物電阻信號傳遞至信號處理控制模塊；

所述信號處理控制模塊接收生物電阻測量模塊中模數轉換結果，并對生物電阻信號進行實部和虛部的解調,具體還包括數字控制模塊、數模換電路模塊，所述數字控制模塊通過控制直接數字式頻率合成器DDS和數模轉換電路模塊產生激勵電壓供給電流源，所述數字控制模塊還對模擬開關進行選開控制。

進一步地，所述信號控制處理模塊還包括存儲模塊，肌肉或者骨骼佩戴腕帶后，肌肉或骨骼作出相應的運動，信號控制處理模塊控制腕帶的生物電阻測量模塊測量并采集生物電阻信號，并進行解調，隨后在數字控制模塊的控制下，將相應的運動與采集并解調后的生物電阻數據進行存儲，用于神經元網絡訓練。

進一步地，所述信號處理控制模塊還包括神經元網絡模塊，神經元網絡模塊的控制包括訓練和實施，所述神經元網絡的訓練具體為，在某一特定動作下，在信號處理控制模塊控制下的生物電阻測量模塊不斷對生物電阻信號進行采集，通過對大量數據的學習，神經元網絡學習并記憶該項特定動作；所述神經元網絡的實施具體為，運用訓練后的神經元網絡，當假肢佩戴者再次實施該特定動作時，生物電阻測量模塊會采集到與神經元網絡訓練時同樣類別的信號，通過神經元網絡，此信號將被神經元網絡解讀為一特定動作，在信號處理控制模塊的控制下調用該項特定動作的數據，向機械手發送控制指令，使機械手實現該項特定的動作。

進一步地，所述信號處理控制模塊還包括通訊模塊，通過通訊模塊將采集到的生物阻抗數據傳遞給PC或手機終端，通過PC或手機終端對某一特定動作的生物阻抗數據進行神經元網絡的學習和計算，并通過通訊模塊反饋至信號處理控制模塊，在信號處理控制模塊的控制下，使機械手作出特定動作。

進一步地，當激勵信號為電流激勵信號時，所述生物電阻測量模塊為有源電極測量模塊。