[发明专利]基于运动想象的多自由度协同运动上肢外骨骼指令方法有效

专利信息
申请号: 202011327814.8 申请日: 2020-11-24
公开(公告)号: CN112315744B 公开(公告)日: 2023-07-21
发明(设计)人: 蒲江波;李婷;徐圣普;李国瑞;罗维;姚博 申请(专利权)人: 中国医学科学院生物医学工程研究所
主分类号: G06F3/01 分类号: G06F3/01;A61H1/02
代理公司: 天津盛理知识产权代理有限公司 12209 代理人: 王利文
地址: 300192 *** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 基于 运动 想象 自由度 协同 上肢 骨骼 指令 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于运动想象的多自由度协同运动上肢外骨骼指令方法,其技术特点是:建立多自由度协同运动上肢外骨骼控制系统;运动想象脑电采集模块持续采集受试者的脑电运动想象响应信号,判断生成生成上肢外骨骼肩部电机输出上摆指令、上肢外骨骼肩部电机输出下摆指令、上肢外骨骼肩部电机输出外展指令或上肢外骨骼肩部电机输出内收指令、上肢外骨骼肘部电机输出屈指令或上肢外骨骼肘部电机输出伸指令,并将生成的指令发送给上肢外骨骼控制器;上肢外骨骼控制器接收指令并控制上肢外骨骼机械臂动作。本发明具有组合动作类型少、信号稳定、控制指令产生时间短、适用范围广泛等特点,解决了多自由度协同运动上肢外骨骼系统动作类型的控制问题。

技术领域

本发明属于脑机接口技术领域,尤其是一种基于运动想象的多自由度协同运动上肢外骨骼指令方法。

背景技术

上肢外骨骼系统主要包括可穿戴于人手上的外骨骼机械臂、传感器、控制器以及执行装置,通过对人的上肢运动想象的精确分析而产生控制信号对机械臂的状态进行控制。目前多自由度协同运动上肢外骨骼系统已应用于上肢康复训练,该机械臂具有如下6种形式的协同运动:肩部内旋/外旋、肩部上摆/下摆、大臂内旋/外旋、肘部屈/伸、小臂内旋/外旋、腕关节翻转,并且具有高度可调的支架,可使外骨骼系统适用于受试者站姿与坐姿状态的康复训练。

运动想象是一种特殊的大脑工作状态,它可以引起运动神经中枢的兴奋,但不涉及任何的真实动作,对于丧失了运动能力的人来说,这提供了重新获得运动能力的可能。将运动想象方法应用于上肢外骨骼系统后,受试者通过主动的想象动作类型,经过脑-机接口设计转换成对上肢外骨骼的控制信号,有利于整个运动过程中对受试者主动运动意识的激励,加速上肢运动功能的恢复。目前,对基于运动想象的上肢外骨骼的控制指令大部分都是借助机器学习所筛选的特征向量加以控制识别,其控制识别过程较为复杂,耗时较长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种设计合理、实时性强且控制准确的基于运动想象的多自由度协同运动上肢外骨骼指令方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:

一种基于运动想象的多自由度协同运动上肢外骨骼指令方法,包括以下步骤:

步骤1、建立包括运动想象脑电采集模块、脑电响应预处理模块、上肢外骨骼控制器和上肢外骨骼机械臂的多自由度协同运动上肢外骨骼控制系统;

步骤2、运动想象脑电采集模块持续采集受试者的脑电运动想象响应信号,并存储脑电信号中的眨眼信号时间时刻点,当在设定时间范围内检测到眨眼信号,则进入步骤3;否则进入步骤6;

步骤3、判断当前脑电运动想象响应信号是否符合手部运动想象放电活动模板或腿部运动想象放电活动模板,若符合手部运动想象放电活动模板时,进入步骤4;若符合腿部运动想象放电活动模板时,进入步骤5;否则返回步骤2;

步骤4、依次处理前后顺序的运动想象脑电响应信号的幅值并进行分析,生成上肢外骨骼肩部电机输出上摆指令或上肢外骨骼肩部电机输出下摆指令,并将生成的指令发送给上肢外骨骼控制器;

步骤5、依次处理前后顺序的运动想象脑电响应信号的幅值并进行分析,生成上肢外骨骼肩部电机输出外展指令或上肢外骨骼肩部电机输出内收指令,并将生成的指令发送给上肢外骨骼控制器;

步骤6、判断当前先后接续的两个脑电运动想象响应信号是否满足“先手部再腿部”的判定规则,生成上肢外骨骼肘部电机输出屈指令或上肢外骨骼肘部电机输出伸指令,并将生成的指令发送给上肢外骨骼控制器;

步骤7、上肢外骨骼控制器接收指令并控制上肢外骨骼机械臂动作,上肢外骨骼机械臂执行指令并将执行结果反馈给运动想象脑电采集模块。

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