[实用新型]二自由度肌电假手实时控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于信息和控制技术领域，涉及到一种将肌电信息控制人工假手的技术，具体是二自由度肌电假手实时控制装置。

背景技术

肌电信号(Electromyography，缩写EMG)是一种伴随肌肉活动的生物电信号，是肌肉活动的电信号根源，其中蕴涵了肌肉活动的各种信息，包括与肌肉活动相对应的肢体动作模式。表面肌电信号(SurfaceElectromyography，缩写SEMG)则是浅层肌肉的EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应。由于SEMG在测量上具有非侵入特性，对被实施检测的个体具有无痛苦和便捷的特点，已经在临床医学、运动医学等诸多领域得到了广泛的应用。

由表面拾电电极获取手部截肢者残臂上的SEMG，对SEMG进行模式信息处理可以得到手部的动作模式，根据模式处理结果可以达到对肌电人工动力假手控制的目的。SEMG是截肢者通过残肢与机械假手的控制联系起来，实现其控制意图的桥梁。对于肢体后天缺失的残疾人，一般情况下仍然具有像肢体健全的健康人一样的肢体控制意识，在医学上称之为“幻肢感”。肌电假手的佩带者正是利用这种感觉，通过类似健康人控制肢体动作的方式控制残肢的肌肉活动，进而达到对假手控制的目的。所以，肌电动力假手具有动作自然、仿生性能好的特点，已经受到越来越多的关注。

单自由度的肌电假手一般通过拾取截肢者残端一对拮抗肌(如腕伸肌和腕屈肌)的SEMG来控制动力假手，以驱动电机的正反转动实现假手的张开和合拢。如，当腕伸肌的SEMG强度达到设定的阈值时，控制电机正向转动，反之亦然。这种用两路肌电信号分别控制一个电机正反转的方法，工作可靠，已经得到广泛应用。如，王人成等人研制的清华I型单自由度肌电假手。多自由度假肢通常需要从少通道的SEMG中提取多自由度的动作模式信息，识别率很难达到100％。1978年，Herberts等人研制了多功能的肌电假手，利用截肢者幻觉和基于SEMG的多动作模式识别，控制一只假手完成3个自由度的动作，动作的准确率为57％。后经Denning等人的改进，3自由度假手的识别正确率提高到72％。2000年后，多自由度肌电假手的识别率已经达到85％以上，但由于仍然存在一定的误识率，离实用尚有一定距离。目前，商用的多自由度假手一般采用顺序控制方式(或开关切换方式)实现多自由度假肢的控制，如，腕伸肌收缩时控制张开，腕屈肌收缩时控制合拢，腕伸肌、腕屈肌同时收缩(握拳)时实现控制顺序切换，此时，腕伸肌控制腕左旋，腕屈肌控制腕右旋，以此类推实现多自由度的控制。虽然利用这种方法可以实现多自由度假肢的控制，但是这种方法因为存在操作不方便、缺乏实时性和仿生性能差等缺点，因而在市场上使用的并不多。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种准确率高、仿生性能好，可以实时控制二自由度肌电假手的控制装置，使其完成四个假手动作的控制装置。

本实用新型通过接收三股肌肉(尺侧腕伸肌、尺侧腕屈肌和指伸肌)对应的SEMG来实现二自由度肌电假手的四个假手动作。四个动作指的是假手的张开、合拢、腕伸、腕屈；无运动意识时，三股肌肉处于松弛状态，假手不动作。

本实用新型控制装置的技术方案：包括装在残臂上的三个肌电拾电传感器，每个肌电拾电传感器包括三个拾电电极和与拾电电极信号连接的当地化的初级放大电路，三个拾电电极分别为正电极、负电极和地电极。三个初级放大电路的输出端分别与对应的后级放大滤波电路的输入端连接，三个后级放大滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接。二自由度肌电假手的两个电机分别与对应的驱动电路连接。单片机分别与A/D转换电路的输出端、驱动电路的输入端信号连接。

本实用新型中的肌电拾电传感器、后级放大滤波电路、A/D转换电路、单片机、电机的驱动电路采用现有的单自由度肌电假手相应的器件。

该二自由度肌电假手实时控制装置的控制方法：三个肌电拾电传感器分别采集来自人体的尺侧腕伸肌、尺侧腕屈肌和指伸肌对应的SEMG，经过放大、滤波、A/D转换处理后输入单片机中；单片机对处理后的SEMG强弱进行判断，并输出四路控制信号，经驱动电路带动二自由度电动假手的电机，完成二自由度电动假手的四个动作。