[發(fā)明專利]智能假肢及智能假肢的模式判斷方法

在審

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• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112137779A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張巖嶺;李哲;馮琴琴;金坤鋒;申駿軍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈工大機(jī)器人湖州國際創(chuàng)新研究院
• 主分類號: A61F2/60
• 分類號: A61F2/60;A61F2/70;A61B5/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種智能假肢及智能假肢的模式判斷方法。該智能假肢包括假腿和安裝在假腿下端的假腳。假腳的底部安裝有壓力傳感器，壓力傳感器用于檢測假腳的底部受到的最大壓力。如果最大壓力為體重的1.2~1.7倍，則判斷智能假肢處于步行狀態(tài)；如果最大壓力為體重的1.9~3倍，則判斷假肢處于跑步狀態(tài)。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，在智能假肢的運(yùn)動過程中，能夠準(zhǔn)確判斷佩戴者當(dāng)前所處的運(yùn)動模式，控制智能假肢根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)動模式調(diào)整運(yùn)動狀態(tài)，使得智能假肢可以與佩戴者的運(yùn)動需求相匹配，提高生活水平。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及假肢技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種智能假肢及智能假肢的模式判斷方法。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，交通的便利，工業(yè)化水平的不斷提高，機(jī)器創(chuàng)傷車禍等造成截肢的患者越來越多，截肢給患者帶來很多不便，失去了基本生活能力。因此研發(fā)一款能幫助截肢者實(shí)現(xiàn)基本生活能力的智能假肢也越來越緊迫。智能假肢需要具有幫助患者行走、騎車、走山地、防磕絆等功能，智能假肢要實(shí)現(xiàn)行走、騎車、走山地、防磕絆等功能，就必須具有識別行走、騎車、走山地、防磕絆等不同運(yùn)動模式的能力，因此準(zhǔn)確識別截肢者當(dāng)前所處的運(yùn)動模式對于提高智能假肢的性能具有重要意義。

目前運(yùn)動模式識別方法主要有融合表面肌電和加速度信號的識別方法。融合表面肌電和加速度信號的具體實(shí)現(xiàn)方法是：首先，獲取人體下肢表面肌電信號、加速度信號；之后，根據(jù)表面肌電信號用局部均值分解算法分解為多個乘積函數(shù)，根據(jù)表征不同動作分離性的平均歐氏距離，確定局部均值分解算法分解之后第一個乘積函數(shù)的多尺度排列熵，提取第一個乘積函數(shù)的多尺度排列熵作為表面肌電信號特征；最后，計(jì)算不同尺度熵的重要性，確定尺度熵組成4維特征向量，并和三軸加速度的排序熵組成7維特征向量，將7維特征向量輸入根據(jù)類內(nèi)平均歐氏距離和類間樣本分布而改進(jìn)的二叉樹支持向量機(jī)進(jìn)行下肢運(yùn)動模式識別，實(shí)現(xiàn)行走、上樓、下樓、站到坐、坐到站、站到蹲和蹲到站等七個運(yùn)動模式。

融合表面肌電和加速度信號的識別運(yùn)動模式方法需要測量表面肌電信號和加速度信號。表面肌電信號需要將肌電傳感器與人體皮膚表面完全接觸，皮膚表面的干燥程度、清潔程度、出汗情況等都會影響肌電傳感器的輸出信號的強(qiáng)度，很容易出現(xiàn)測量結(jié)果不準(zhǔn)確，判斷失誤等情況；而加速度信號的測試也容易受到不夠清晰的運(yùn)動信號影響而導(dǎo)致測量結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確。此外，融合表面肌電和加速度信號的識別運(yùn)動模式方法需要經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算，過程繁瑣，不容易穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。特別是對于走路-跑步的之間模式識別，在現(xiàn)有技術(shù)中較難以區(qū)分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種智能假肢及智能假肢的模式判斷方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中智能假肢的走路-跑步的之間模式識別精確度低的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種智能假肢，包括：假腿和安裝在假腿下端的假腳，假腳的底部安裝有壓力傳感器，壓力傳感器用于檢測假腳的底部受到的最大壓力，如果最大壓力為體重的1.2~1.7倍，則判斷智能假肢處于步行狀態(tài)；如果最大壓力為體重的1.9~3倍，則判斷假肢處于跑步狀態(tài)。

在一個實(shí)施方式中，壓力傳感器設(shè)置在假腳的底部的前腳掌處。

在一個實(shí)施方式中，假腿包括大腿部和小腿部，大腿部和小腿部鉸接連接。

在一個實(shí)施方式中，智能假肢還包括姿態(tài)傳感器，姿態(tài)傳感器安裝在大腿部和小腿部鉸接點(diǎn)，姿態(tài)傳感器用于檢測大腿部和小腿部之間的角度值，角度值呈周期性變化，在步行狀態(tài)下，如果角度值的變化周期小于第一預(yù)定值，則判斷智能假肢處于快走狀態(tài)，角度值的變化周期大于第二預(yù)定值，則判斷智能假肢處于常規(guī)走狀態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種智能假肢的模式判斷方法，包括：檢測腳底受到的最大壓力；如果最大壓力為體重的1.2~1.7倍，則判斷智能假肢處于步行狀態(tài)；如果最大壓力為體重的1.9~3倍，則判斷假肢處于跑步狀態(tài)。