[发明专利]基于生物阻抗断层扫描的连续握力测量装置及方法

说明书

本发明属于人机接口技术领域，具体涉及了一种基于生物阻抗断层扫描的连续握力测量装置及方法，旨在解决基于肌电信号的握力测量方法操作复杂、测量结果受测量位置和汗液影响的问题。本发明装置包括：传感部、测量部；其中，测量部包括多路选通电路、信号生成电路、信号采集电路、主控器。传感部为环状柔性部件，内侧面环状均匀设置有多个电极；多路选通电路接收主控器的时序控制信号以及信号生成电路的信号，选通激励电极，并将采集的未激励电极两两之间的信号传递至信号采集电路，信号采集电路处理信号后传递给主控器进行握力计算。本发明装置以非侵入方式进行测量，从尺骨屈肌群部位提取形态学信息，实现对握力的连续估计。

技术领域

本发明属于人机接口技术领域，具体涉及了一种基于生物阻抗断层扫描的连续握力测量装置及方法。

背景技术

人机接口系统在穿戴式机器人控制任务中起重要作用，其功能是将运动意图信息传递给机器人驱动系统，驱动机器人按照人的指令运动。对人运动信息的有效提取是解决该问题的第一个关键环节，现有的产品和研究中，基于光学传感(例如摄像头、体感传感设备)和机械信号传感(例如数据手套)的方法实现了对人体上肢运动学信息的准确提取，也在机器人控制任务中得到了较好的实际效果。但是这两种传感方法不能直接提取运动中的骨骼肌收缩及其包含的关节动力学信息，骨骼肌是人运动系统的执行机构，肌肉收缩是神经中枢运动意图的直接反映，不仅包含了肢体运动中的运动学信息，也包含了丰富的动力学信息。

测量肌肉收缩的生物信号传感方法得到了研究领域中越来越多的关注，现有的用于提取肌肉收缩信息的生物信号大多为表面肌电信号，基于表面肌电信号的握力估计取得了一系列成果，但是表面肌电信号传感方法存在一些局限，一方面只能测量表层肌肉收缩过程中的电信号，无法获得深层肌肉收缩信息；另一方面其测量电极必须紧贴皮肤，每次使用前需要重新标定测量位置，这些因素均限制了其在实际中的应用。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即基于肌电信号的握力测量方法操作复杂、测量结果受测量位置等因素影响的问题，本发明提供了一种基于生物阻抗断层扫描的连续握力测量装置，包括传感部、测量部；所述测量部包括多路选通电路、信号生成电路、信号采集电路、主控器；

所述传感部为环状柔性部件，所述环状柔性部件内侧面环状均匀设置有多个电极；

所述多路选通电路的第一端与各电极电连接，第二端分别与所述信号发生电路输出端、信号采集电路输入端电连接，控制端与所述主控器电连接；所述主控器分别与所述信号发生电路输入端、信号采集电路输出端电连接；

所述主控器配置为发送所述多路选通电路时序控制信号，发送所述信号发生电路的控制信号，还配置为接收各时序控制信号下未被激励电极中两两相邻电极之间的电信号，并基于该信号按照预设的测量方法进行握力计算；

所述信号生成电路依据所述主控器的控制信号生成用于进行电极激励的电流信号；

所述信号采集电路将通过所述多路选通电路获取的未被激励电极中两两相邻电极之间的电信号转换为数字信号并发送至所述主控器；

所述多路选通电路依据所述主控器的时序控制信号选通激励通路对相应的电极进行激励，同时选通未被激励电极中两两相邻电极获取对应的电压信号并输送至所述信号采集电路。

在一些优选的实施例中，所述信号生成电路包括压控电流源，所述压控电流源接收信号发生电路的电压信号并转换为用于进行电极激励的电流信号。

在一些优选的实施例中，所述信号采集电路包括信号放大与调理电路、模数转换电路；

所述放大与调理电路，用于将通过所述多路选通电路获取的未被激励电极中两两相邻电极之间的电信号放大以及调理；

所述模数转换电路，用于将放大与调理后的信号转换为数字信号并发送至所述主控器。