[发明专利]编码式多自由度肌电假手控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及肌电假手控制系统，具体涉及编码式多自由度肌电假手控制系统。

背景技术

肌电假手是一种利用人体前臂的肌肉电信号(Electromyography，EMG)作为信息源，通过一定的信息解码策略，将人的控制意图转化为运动控制信息的康复装备。这种基于生物信号控制策略的肌电假手的优点是显而易见的，因为其利用了人体神经肌肉电传导的特性并将其输出至外界环境，对于残疾人的神经康复是相当有益的。

然而，诸如Otto Bock SensorHand等商业肌电假手，由于只采用了一至两个自由度，因此在抓取功能性方面表现欠佳，致使很多残疾人患者不愿意佩戴假手。为了提高假手灵巧程度，国内外许多研究机构开展了拟人大小的、多功能假手的研究，如意大利Cyberhand、SmartHand，英国i-limb，以及国内机器人技术与系统国家重点实验室的HIT/DLR Prosthetic Hand等。自由度的增多提升了假手的灵巧程度，扩展了其抓取功能，却给假手的控制带来一定的困难。由于肌电假手需要使用残臂的神经肌肉信号作为控制信息源，然而残臂肌肉在截肢手术后往往会出现萎缩、坏死等症状，因此直接从残臂中直接提取到各手指灵活运动信息是不现实的。综上所述现有的肌电假手控制系统存在单纯基于模式识别的控制方式分类风险高、可分类模式受限和单纯基于编码控制的控制方式环境适应性差、操作复杂的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的肌电假手控制系统存在单纯基于模式识别的控制方式分类风险高、可分类模式受限和单纯基于编码控制的控制方式环境适应性差、操作复杂的问题，从而提出了编码式多自由度肌电假手控制系统。

编码式多自由度肌电假手控制系统，它包括肌电信号电极和目标DSP板，所述的肌电信号电极包括信号采集模块和信号处理模块，所述的目标DSP板包括A/D转换模块、离线训练模块、线性分类器(Fisher Classifier)、在线更新模块和编码模块，

信号采集模块将接收到的原始肌电信号通过电信号输出端发送至信号处理模块的电信号输入端；

信号处理模块的模拟信号输出端与目标DSP板的A/D转换模块的模拟信号输入端连接；

A/D转换模块的数字信号输出端与费舍尔线性分类器的数字信号输入端连接；

A/D转换模块的训练数字信号输出端与离线训练模块的数字信号输入端连接；

离线训练模块根据人体按顺序依次弯曲、放松和伸展前臂所产生的标记的肌电信号经A/D转换模块后，进行训练，并将训练后的初始化参数输入给费舍尔线性分类器；

费舍尔线性分类器根据费舍尔分类算法将接收到的肌电信号分类为伸肌信号E、屈肌信号F和无效信号T，并将分类结果同时发送至在线更新模块和编码模块；

在线更新模块根据接收到所述费舍尔线分类器的分类结果实时修正费舍尔分类器的参数；

编码模块用于统计经分类后数字信号所持续的时间，依据所述数字信号持续的时间进行进一步将肌电信号细分为：短时屈肌信号f₁、短时伸肌信号e₁、长时屈肌信号f₂、长时伸肌信号e₂和无效肌电信号T，

编码模块具有两个工作状态：姿势编码状态和增量控制状态，增量控制状态，用于按照在姿势编码状态下设定的动作姿势进行动作，

姿势编码状态，用于产生7种姿势码，包括1种缺省姿势码和6种非缺省姿势码，设定假手的动作姿势，具体为：

若肌电信号被细分为短时伸肌信号e₁和短时屈肌信号f₁组成的6种排列组合的任意一组时，则生成6种非缺省姿势码；

若肌电信号被细分为长时伸肌信号e₂时，则清除之前的排列组合，生成缺省姿势码；

若肌电信号被细分为长时屈肌信号f₂时，则从当前所处的姿势编码状态转入增量控制状态；

增量控制状态，用于按照在姿势编码状态下设定的动作姿势进行动作，具体为：

若肌电信号被分类为伸肌信号E时，则控制假手各手指则按照设定的动作相反的方向动作直至回到初始位置；

若肌电信号被分类为无效肌电信号T，则假手各手指保持当前位置或与物体的接触力；