[发明专利]一种基于振动的假肢手力位信息反馈系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于振动的假肢手力位信息反馈系统及方法。该系统包括感知模块、处理模块和反馈模块，其中感知模块获取腕旋状态传感器所感知的腕部旋转角度信息以及触觉传感器所感知的假肢手接触力信息，并将所感知信息传递给所述处理模块；处理模块根据接收到的感知信息计算腕旋角度、接触力强度和接触力位置，并根据设定的触觉传感器和振动电机之间的对应关系，以及腕旋状态传感器和振动电机之间的对应关系控制所述反馈模块；所述反馈模块响应于所述处理模块的控制，启动对应的振动电机，以振动方式向用户反馈假肢手接触位置、接触力度和腕旋角度。利用本发明可以增强假肢手的人机交互性能，提升了假肢使用的安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，更具体地，涉及一种基于振动的假肢手力位信息反馈方法及系统。

背景技术

各类自然灾害以及事故造成截肢者的数量不断攀升，多功能智能假肢是帮助他们恢复运动功能的主要途径。目前的肌电智能假肢能够完成抓握，旋转等基本手部动作。在临床使用中，截肢用户主要依靠眼睛的视觉反馈以及假肢手的空间位置信息来判断假肢手和物体之间的接触情况。但是视觉反馈方法主观性较强，无法准确地反馈假肢手抓握力度大小，而且当截肢者不能看到假肢的状况，就会失去对假肢姿态的掌握，严重影响假肢手的操控安全。

在现有技术中，专利申请CN201810474955.9提出了一种振动反馈与力反馈结合人机交互手指、手套及方法，其设计基于连杆结构的数据手套，通过振动电机产生振动实现对物体触碰信息的反馈，通过牵引绳控制对应关节的收缩实现抓握力的反馈，该方法仅适用于手部健全者，并不适合于失去手臂的截肢者使用。

专利申请CN201911352173.9提出了一种传递感觉的可穿戴设备，通过薄膜压力传感器、半导体温度传感器感受外界环境变化，将其转换为压力和温度控制信号，控制步进电机带动滑块上下滑动，在皮肤表面产生压感，通过PCT加热模块产生温感。这种通过步进电机带动滑块上下滑动在皮肤表面产生压感的方法，容易对皮肤产生压痕，造成皮肤或肌肉组织损伤。

专利申请CN202011434904.7提出一种多模态信息引导环境感知的肌电假肢系统及环境感知方法，包括多模态感知能力的假肢手、阵列肌电传感模块、穿戴式摄像模块、穿戴式力触觉反馈装置、语音交互模块和数据处理器，能够实现假肢接近觉、温度觉和力触觉信息的感知。专利申请CN201810220841.1提出了一种用于假肢手控制与感知的双向残肢接口系统，既实现对多自由灵巧假肢的直观控制，又能感知假肢的抓取信息，利用振动或电刺激的方式产生触、压、滑感觉。

针对上述现有技术，基于数据手套、触控屏、键盘或者鼠标等外部设备获取人体运动感觉信息，再以视觉、电刺激以及振动等形式反馈给用户的方法大多用于肢体健全者，但不适合失去手臂的截肢者使用。现有的基于振动的触觉反馈系统和方法，都是在假肢手指腹位置放置压力传感器，实现抓握物体时的触觉反馈，无法实现假肢手指指背或手掌边缘触碰物体检测和提示。尤其是现有方法均没有对假肢腕旋角度的感知和反馈功能，而在实际使用中，用户对腕旋状态的感知对假肢手的操控性能尤为重要。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于振动的假肢手力位信息反馈方法及系统，是通过电机振动形式反馈假肢手动作姿态或与物体交互信息的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供一种基于振动的假肢手力位信息反馈系统。该系统包括感知模块、处理模块和反馈模块，其中：

所述感知模块被配置获取腕旋状态传感器所感知的腕部旋转角度信息以及触觉传感器所感知的假肢手接触力信息，并将所感知信息传递给所述处理模块；

所述处理模块被配置为根据接收到的感知信息计算腕旋角度、接触力强度和接触力位置，并根据设定的触觉传感器和振动电机之间的对应关系，以及腕旋状态传感器和振动电机之间的对应关系控制所述反馈模块；