[發(fā)明專利]一種多傳感器融合的假肢手抓握力反饋控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111472020.5
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN113952091A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜海燕;黃書萍;李竹韻;杜民
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: A61F2/54
• 分類號: A61F2/54;A61F2/58;A61F2/72;G06F3/01;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種多傳感器融合的假肢手抓握力反饋控制方法，包括多傳感器融合與反饋方法、握力預(yù)測方法及基于PD的CMAC機械手抓握控制方法；多傳感器融合與反饋方法中，包括對肌肉采集其表面肌電信號，對被假肢手抓握的物體采集其溫度、接觸力、滑動狀態(tài)、采集抓握動作對應(yīng)的關(guān)節(jié)加速度及角速度及對假肢手的抓握動作采集其實際握力；握力預(yù)測方法預(yù)測當(dāng)前抓握動作的抓握力；多傳感器融合及反饋方法是對數(shù)據(jù)進行融合以生成當(dāng)前抓握動作的假肢端感受信息；本發(fā)明讓使用者能及時調(diào)整實際抓握力和抓握動作，實現(xiàn)準確、穩(wěn)定地抓握物體，同時在抓握過程中檢測被抓握物體的實時溫度和接觸力，通過振動及顯示模塊將觸覺信息反饋給使用者。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及假肢技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多傳感器融合的假肢手抓握力反饋控制方法。

背景技術(shù)

目前假肢手技術(shù)主要是實現(xiàn)手部特定的模式識別，只具有張合控制，缺乏力的控制，無法針對不同剛度不同重量的物體實施穩(wěn)定地抓握。表面肌電信號(sEMG)與肌肉收縮力之間存在相關(guān)關(guān)系，通過相關(guān)肌肉的sEMG來表征假肢手抓握力變化，能夠有效反映出使用者的抓握意圖。

僅利用肌電信號預(yù)測假肢手的抓握力，由于缺乏對環(huán)境的感知功能，所以在抓握過程中無法感知被抓物體的穩(wěn)定狀態(tài)，難以自適應(yīng)調(diào)整抓握力度，保證物體穩(wěn)定抓取。人手之所以能夠針對不同的對象使用相應(yīng)的握緊力，關(guān)鍵在于人手上的感受器，依靠觸覺、滑覺、壓覺以及痛覺反應(yīng)出外界的機械刺激，并對相應(yīng)的刺激做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

本發(fā)明公開一種基于表面肌電信號的多傳感器融合假肢手抓握力反饋控制方法。通過將改進的TSK模糊遞歸小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和非線性小腦模型關(guān)節(jié)控制器(CMAC)相結(jié)合，并采用壓力、觸滑覺、加速度、角速度等多傳感器作為反饋信號調(diào)整實際抓握力和抓握動作，實現(xiàn)準確、穩(wěn)定地抓握物體。同時在抓握過程中檢測被抓握物體的實時溫度和接觸力，通過振動及顯示模塊將觸覺信息反饋給使用者。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種多傳感器融合的假肢手抓握力反饋控制方法，通過將改進的TSK模糊遞歸小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和非線性小腦模型關(guān)節(jié)控制器(CMAC)相結(jié)合，并采用壓力、觸滑覺、加速度、角速度等多傳感器作為反饋信號，讓使用者能及時調(diào)整實際抓握力和抓握動作，實現(xiàn)準確、穩(wěn)定地抓握物體，同時在抓握過程中檢測被抓握物體的實時溫度和接觸力，通過振動及顯示模塊將觸覺信息反饋給使用者。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種多傳感器融合的假肢手抓握力反饋控制方法，所述假肢手包括基于PD的CMAC機械手抓握力控制器，其控制方法包括多傳感器融合與反饋方法、握力預(yù)測方法及基于PD的CMAC機械手抓握控制方法；

所述多傳感器融合與反饋方法中，以多傳感器組成的傳感器陣列對前臂、假肢手進行反饋信號與感知信號采集，對所采集的信號進行融合，包括對與手抓握運動相關(guān)的前臂肌肉采集其表面肌電信號，對被假肢手抓握的物體采集其溫度、接觸力、滑動狀態(tài)、采集抓握動作對應(yīng)的關(guān)節(jié)加速度及角速度及對假肢手的抓握動作采集其實際握力；

所述握力預(yù)測方法是通過改進的TSK模糊遞歸小腦模型，以預(yù)處理后的肌電信號中的有效特征信息預(yù)測當(dāng)前抓握動作的抓握力；

所述基于PD的CMAC機械手抓握控制方法為改進的小腦模型關(guān)節(jié)控制器中非線性量化CMAC-PD控制方法；

所述多傳感器融合及反饋方法是對信號采集數(shù)據(jù)進行融合以生成當(dāng)前抓握動作的假肢端感受信息。

所述多傳感器融合及反饋方法中，以多傳感器融合信號處理模塊對信號采集數(shù)據(jù)進行融合并生成假肢端感受信息；所述傳感器陣列中的傳感器包括設(shè)于佩戴假肢手的前臂處用于采集肌電信號的融合表面肌電傳感器、設(shè)于假肢手處的加速度傳感器和設(shè)于假肢手處的角速度傳感器，還包括設(shè)于假肢手手指處的分布式壓力傳感器、分布式觸滑覺傳感器，以及包括設(shè)于假肢手手掌中央處的紅外測溫傳感器。