[发明专利]基于多方向扰动力矩的精确抓握功能定量评估装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多方向扰动力矩的精确抓握功能定量评估装置及方法。

背景技术

对精确抓握功能的定量评估是衡量手的精细运动控制能力的重要途径。但目前尚 缺乏准确客观地衡量精确抓握功能的装置和方法。最新的基础研究发现，精确抓握中的力 矩感知和控制能更灵敏地反映手部感知运动功能异常。

但如何实现对这种力矩感知控制能力的定量评估是技术上的难点，目前尚无器件 能够实现手指精确抓握的力矩感知控制能力进行测量与评估。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于多方向的扰动偏转力矩精确抓握功能 定量评估装置及方法。该装置可产生绕冠状轴、矢状轴和垂直轴的正向及反向力矩且各力 矩的幅度随时间发生周期性的改变。这种扰动力矩能够有效地刺激不同触觉感受体的编 码，对抓握功能的准确评估创造了条件。测试得到的拇指和食指指尖三维空间力、力矩和压 力中心点向量通过近似熵分析获得反映信号变异复杂度的指标，通过互近似熵分析获得反 映拇指和食指对应信号间的耦合性指标。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多方向的扰动偏转力矩精确抓握功能定量评估装置，包括底座，所述底 座上的质心位置上垂直设置有一支架，所述支架上设置有沿其对称分布的传感器，所述传 感器外侧设置有用于向传感器施加力的抓捏接触片，所述支架上端设置有水平位置矫正器 和空中姿态记录仪；

所述底座的中心与端部均设置有固定机构，将重物固定在固定机构上，产生围绕 冠状轴和矢状轴的正反方向作用且幅度随时间周期性变化的扰动力矩，采集分析装置的在 三维空间中运动过程中的空中姿态、距离坐标原点的距离和角度信息，计算得到三维空间 力、力矩和压力中心点向量的近似熵值与互近似熵指数，感知被测试者的手部运动控制能 力。

优选的，所述支架沿其轴线对称设置有两个空心金属框，所述空心金属框中各设 置有传感器，所述传感器的外侧与空心金属框的内边沿紧密连接，所述空心金属框的外侧 覆盖有抓捏接触片。

优选的，所述空心金属框为梯形，且短边侧靠近支架，所述支架外沿与空心金属框 形状相匹配。

优选的，所述底座为十字型，其中心位置和四个端部的底部各设置有一个固定机 构，且端部设置的固定机构与中心位置的距离相等。

优选的，所述固定机构包括挂钩、滑轮、固定钮或铆钉等可以固定、悬挂重物的元 件。

优选的，所述重物包括小球或砝码。

优选的，所述传感器为六维力/力矩传感器。

优选的，所述水平位置矫正器和空中姿态记录仪设置于支架的轴心位置。

优选的，所述底座的端部设置有滑轮座，且滑轮座包括两个，分别设置位于同一轴 向方向的底座两侧。

一种基于多方向的扰动偏转力矩精确抓握功能定量评估方法，包括以下步骤：

(1)判断是否为首次测试，如果是则在底座中心上固定重物，测试无偏转力矩状态 的信号，否则进入步骤(2)；

(2)将重物随机放置于底座一侧端部的底部上，测试单摆作用下产生的分别绕冠 状轴和矢状轴正反方向扰动力矩状态的信号；

(3)将重物固定在底座的两个端部处，产生绕测试仪垂直轴的正反方向扰动力矩 状态的信号；

(4)测试者抓握住抓捏接触片，将测试装置悬空保持稳定达到设定时间，传感器记 录抓握过程中的力、力矩信号，形成信号集合；

(5)根据测量的拇指、食指侧三维力、力矩信号，计算得到压力中心点信号，对力、 力矩和压力中心点信号进行重构，获得各信号的近似熵值和互近似熵指数。

所述步骤(2)中，当重物随机放置于底座一侧端部的底部时，其重物质量与放置于 底座中心时重物的质量一致，当在底座两端端部的滑轮座上设置重物时，其重物质量为放 置于底座中心的底端时重物质量的一半。

所述步骤(3)中，具体方法为：记录抓握过程中拇指和食指的力、力矩信号，去除设 定时间的前Ns秒及最后Ns秒的记录值，形成成对信号。

优选的，Ns∈[5,15]。

所述步骤(5)中，将各手指力、力矩及压力中心点信号中的任意一路信号设为x(i)，构造向量其中，m为重构维数，N为信号长度，对任一正整数j且1≤j≤N-m+1，计算