[发明专利]一种用于评估精细手功能的抓握指力记录分析笔

权利要求书

1.一种用于评估精细手功能的抓握指力记录分析笔，其特征是：包括笔、触摸屏和分析模块，所述笔包括笔主体和笔尖，笔主体外侧设置有至少三块连接板，所述连接板的末端延伸至笔尖，所述连接板的上端具有抓握部，所述笔主体内部分别设置有三个六维力矩传感器，分别用于采集抓握部对应的拇指、食指与中指的指尖力与力矩信号；所述连接板包括至少三个部分，从上到下依次是接触部、过渡部和收敛部，所述接触部与相应的六维力矩传感器连接，所述过渡部具有一弯折区域，使连接板在竖直方向上向笔主体内部方向过渡，所述收敛部呈从上到下逐步缩小的形状，各收敛部外沿依次连接，收敛部的下部尖端，形成笔尖；

所述触摸屏，被配置为显示目标运动轨迹，并采集笔在描绘目标运动轨迹过程中形成的实际运动轨迹的笔尖所处各位置与力矩大小；

所述分析模块，与六维力矩传感器和触摸屏连接，生成目标运动轨迹，根据力矩信息，通过矢量运算求取各指尖施加的合外力大小，根据笔尖的位置与力矩大小，计算实际运动轨迹相对于目标运动轨迹的最短欧氏距离偏移量，确定测试过程中的运动控制水平；确定测试过程中的运动控制水平的过程包括：计算出不同运动阶段力信号，力矩信号以及轨迹信号之间的互近似熵，利用广义多元多尺度样本熵以反映各个指尖运动与笔尖运动模式的复杂程度和相似性，进而评估功能性抓握过程中运动的协调性。

2.如权利要求1所述的一种用于评估精细手功能的抓握指力记录分析笔，其特征是：所述六维力矩传感器通过螺纹孔镶嵌在笔主体上；所述六维力矩传感器分别设置于笔主体内部不同位置处。

3.如权利要求2所述的一种用于评估精细手功能的抓握指力记录分析笔，其特征是：力矩传感器相互之间各成120°的角度差。

4.如权利要求1所述的一种用于评估精细手功能的抓握指力记录分析笔，其特征是：所述连接板的数量为六块，其中至少三块连接板与相应六维力矩传感器连接。

5.如权利要求1所述的一种用于评估精细手功能的抓握指力记录分析笔，其特征是：所述收敛部与竖直方向具有一定的夹角。

6.基于权利要求1-5中任一项所述的分析笔的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

生成目标运动轨迹，并在触摸屏上显示；

采集笔在描绘目标运动轨迹过程中形成的实际运动轨迹，确定实际运动轨迹中笔尖所处各位置，获取形成实际运动轨迹时各位置的力矩大小；

根据力矩信息，通过矢量运算求取各指尖施加的合外力大小，根据笔尖的位置与力矩大小，计算实际运动轨迹相对于目标运动轨迹的最短欧氏距离偏移量，确定测试过程中的运动控制水平；确定测试过程中的运动控制水平的过程包括：计算出不同运动阶段力信号，力矩信号以及轨迹信号之间的互近似熵，利用广义多元多尺度样本熵以反映各个指尖运动与笔尖运动模式的复杂程度和相似性，进而评估功能性抓握过程中运动的协调性。

7.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：确定测试过程中的运动控制水平的过程具体包括：采集到的多元动力学信号分割为等长的片段，并表示分割的每个信号窗，所述多元动力学信号包括力、力矩和运动轨迹的偏差；

为每个多元时间序列计算复合延迟向量，并计算任意两个复合延迟向量相似的概率。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：在进行相似概率计算前，需要对力与力矩信号进行归一化处理。

9.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：计算任意两个复合延迟向量相似的概率时，先计算两个复合延时向量之间距离小于设定阈值的向量的数量，基于该数量，计算两个复合延时向量之间距离小于阈值的概率，进而计算广义多元多尺度样本熵。

10.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：将动力学信号的任意两个复合延时向量的距离定义为其最大范数，对于两个不同的复合延时向量，如果其距离小于设定的阈值，则认为这两个向量在阈值的范围内是相似的。

11.如权利要求10所述的工作方法，其特征是：所述阈值为预先选定的相似容限，且阈值大于噪声的幅值。