[发明专利]一种假肢手的拟人反射控制方法

说明书

一种假肢手的拟人反射控制方法，包括以下步骤：假肢手主模式控制器负责抓起物体；根据抓取力反馈信息判断物体是否有滑动趋势或滑动；有滑动趋势或滑动时根据抓取力信号的小波变换的细节系数信息计算滑动强度和滑动强度的变化率；根据滑动强度和滑动强度的变化率，由抓握力增量模糊估计系统计算抓握力增量；有滑动趋势或滑动时反射控制器和主模式控制器共同控制假肢手迅速、平稳抓握物体。上述假肢手的拟人反射控制方法，不仅检测滑觉信息，而且根据滑动强度和滑动强度的变化率来增加握力，同时在有滑动趋势或滑动时利用了反射控制器与主模式控制器共同控制假肢手抓握，实现了被抓物体发生迅速抓稳物体而且抓取力合适不损坏物体的效果，达到了人手抓取反射控制的迅速性和平稳性的要求。此外，还提供了一种假肢手的拟人反射控制算法。

所属技术领域

本发明涉及一种假肢手的拟人反射控制方法。

技术背景

人在抓握物体时，通过神经中枢系统控制人手去抓起一个物体；当被抓物体，受到意外干扰时，人会迅速反应抓稳物体，这个过程涉及到人的反射控制与主动控制。人在感受到物体不平稳的瞬间，做出的抓稳反应是是通过人的脊髓神经控制人做出的反射动作，反射反应之后人的神经中枢参与到抓取动作中。

上肢截肢者当然希望自己使用的假肢手就像正常人手一样，但是目前假肢手的灵活性还远远低于人手，这主要受限于机构的设计和控制技术的发展。假肢手的控制技术主要包括上层控制-人机接口和底层控制。上层控制的输入信号有肌电信号(EMG)、脑电信号等，由于肌电信号的采集成本低、处理方便，现在应用最为广泛。但是人机接口的技术现在还很不成熟，生物信号目前主要用于假肢手的模式识别，由生物信号直接控制假肢手抓取的位置、速度和力还很困难。这是因为假肢手和人之间的本体感受器的缺乏。这样，底层控制对于假肢手来说尤其重要。特别是假肢手抓取的物体受到干扰或滑动时，底层控制能够快速实现抓取力的增加从而抓稳物体。

目前，假肢手的底层控制方法很多，主要是力控制策略。商业假肢手大多是单自由度的，采用的是比例控制方法；另外滑模控制、力位混合控制、自适应力控制等方法已经在实验室的假肢手上实现了。假肢手的防滑控制策略也有很多，主要存在的问题是：滑动检测的实时性；滑动检测到后假肢手该加多少力；滑动时抓稳物体所采用的控制器。现在大多研究者是通过检测到一次滑动，抓握力参考力增加一个单位力，这样很容易造成抓握力的过大或者抓稳物体的不及时性。

截肢者更多的期望像正常人手功能一样，所以实现假肢手的拟人抓取是假肢手研究的目标之一。反射运动是人手实现稳定、不破坏物体抓取的一个重要环节，人手反射抓握力是根据触滑觉感知滑动的强度和速度来实现快速反射运动。所以，对于假肢手，不仅需要判断滑动信息，还需根据滑动幅值大小及变化率来判断滑动强度，从而得到合适的抓取力增量；同时，一个合适的控制器影响到假肢手抓取反射的及时性和稳定性。

发明内容

本发明目的在于提供一种拟人的反射运动方法用于假肢手的控制，使得被抓物体受到干扰后假肢手能够迅速实现稳定、不破坏物体的抓取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种假肢手的拟人反射控制方法，包括以下步骤：

假肢手主模式控制器负责抓起物体，主模式控制器可以是PID控制器、模糊控制器、滑模控制器或者其他控制器。

根据抓取力反馈信息判断物体是否有滑动趋势或滑动，对力序列进行小波变换得到细节系数，此细节系数是反应振动幅值紧密相关的量。细节系数越大，表明抓取过程中物体的振动幅值越大，此时抓取越不稳定，需要更大的抓握力，定义为滑动强度越大；细节系数越小，表明抓取过程中物体的振动幅值越小，此时定义为滑动强度越小。所以，可以根据细节系数判断被抓物体是否有滑动趋势或滑动。

有滑动趋势或滑动时根据所述小波变换的细节系数信息可计算滑动强度和滑动强度的变化率，将小波变换细节系数的绝对值均值及其变化率作为滑动强度和滑动强度的变化率。