[发明专利]假肢控制方法及系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及康复辅助器具，特别是涉及一种假肢控制方法，还涉及一种假肢控制系统。

【背景技术】

近几十年以来，从肢体表面记录的肌电信号(Electromyogram，EMG)被广泛用于人工上肢的控制中。肌电人工上肢给上肢截肢的残疾人提供了改进生活质量的机会，即使不能像自然上肢活动那么自如，肌电假肢也可以帮助他们恢复上肢一些本能的、基本的生理功能，辅助其日常生活。目前的肌电假肢(例如，德国Otto Bock及我国上海科生等)多是利用一对残留肌肉(主缩肌与拮抗肌)控制一个动作自由度。然而肢体截肢后，肌电信息源是有限的，截肢的程度越高，残留的肢体肌肉越少，而需要恢复的肢体动作越多。因此，用这种传统的肌电控制方式实现假肢的多自由度控制是非常困难的。

随着电子技术和微处理器技术的发展，基于模式识别技术的仿生肌电假肢应运而生。模式识别技术旨在利用残留肢体可提供的有限的肌电信息，实现假肢的自如和直觉控制。但是，在肌电假肢的临床研究中可以发现，基于模式识别技术的肌电假肢的识别准确率降低，使用者手臂空间姿态的变换会直接导致假肢系统的稳定性变差。这是由于使用者在训练肌电假肢时，往往将手臂放在某个特定的位置，通常手臂自然垂在身体外侧，因为在这个姿态得到的肌电信号重复性好，自然识别准确率高。然而在实际生活中，使用者在不同的使用场景，手臂姿态差别很大，测得的生物电信号就产生了一定的差别，这直接导致了假肢系统识别效果降低。第二，由于肌电传感器容易受到放置位置偏移、皮肤阻抗变化等因素的影响，实际操控往往与预计效果有一定的差距。第三，肌电传感器价格高昂、尺寸偏大难以嵌入假肢接受腔微小的空间也是阻碍肌电假肢临床进程的主要原因之一。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种基于双源生物电信息的、识别准确率高、稳定性好的假肢控制方法。

一种假肢控制方法，包括下列步骤：采集残肢皮肤表面的第一生物电信号和第二生物电信号；对所述第一生物电信号和第二生物电信号进行预处理；提取所述第一生物电信号和第二生物电信号的特征信息；根据所述第二生物电信号的特征信息识别肢体的空间姿态，根据所述第一生物电信号的特征信息识别肢体的动作类型；根据所述肢体的动作类型驱动假肢完成相应的动作，或根据所述肢体的空间姿态和肢体的动作类型驱动假肢完成相应的动作。

优选的，所述第一生物电信号为肌电信号，所述第二生物电信号为肌动信号，所述肌电信号包括三个以上通道的肌电信号，所述肌动信号包括一个以上通道的肌动信号。

优选的，所述根据第一生物电信号的特征信息识别肢体的动作类型的步骤是根据所述肢体的空间姿态和所述第一生物电信号的特征信息识别肢体的动作类型，之后根据所述肢体的动作类型驱动假肢完成相应的动作。

优选的，所述对第一生物电信号和第二生物电信号进行预处理的步骤是对所述第一生物电信号和第二生物电信号进行信号放大和滤波整流处理。

优选的，所述提取第二生物电信号的特征信息的步骤是将所述肌动信号分割为预定时间长度的数据分析窗口，从所述数据分析窗口中提取肌动信号的时域特征参数和/或频域特征参数，作为肌动信号的特征信息。

优选的，所述肌动信号的时域特征参数为肌动信号的振幅的最大值、均值、方差、均方根值、积分值，以及肌动信号的上升时间，时程中的一种或多种；所述肌动信号的频域特征参数为肌动信号的平均功率频率、中位频率、中心频率中的一种或多种。

优选的，所述根据第二生物电信号的特征信息识别肢体的空间姿态，根据所述第一生物电信号的特征信息识别肢体的动作类型的步骤是采用线性判别分析法计算所述第一生物电信号和第二生物电信号的特征信息的模式分类参数，然后根据实时更新的第一生物电信号和第二生物电信号的特征信息及预先存储的模式分类参数计算并识别肢体的空间姿态和动作类型。

还有必要提供一种假肢控制系统。

一种假肢控制系统，包括：信号采集单元，包括依次连接的传感器、预处理电路及A/D转换模块，所述传感器用于采集残肢处的第一生物电信号和第二生物电信号，所述预处理电路对采集到的第一生物电信号和第二生物电信号进行放大、滤波处理后，通过所述A/D转换模块输入信号处理单元；信号处理单元，包括微控制器，所述信号处理单元连接所述预处理电路，用于第一生物电信号和第二生物电信号的模式分类训练与模式识别；假肢驱动器，连接所述信号处理单元，根据所述信号处理单元的输出结果驱动假肢完成相应的动作。