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肌电假肢控制系统

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-08-09 16:51:09

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-08-10 09:55:14
一种肌电假肢控制系统,包括肌电假肢控制器和上位机。用户佩戴好肌电假肢,将肌电假肢控制器通过通信模块与上位机连接,用户根据上位机显示的动作提示,利用幻肢完成相应动作,肌电电极采集用户肢体表面产生的肌电信号,肌电信号采集模块将肌电信号转换为肌电数据,控制模块将肌电数据通过通信模块传送到上位机;上位机对肌电数据进行模式训练得到动作分类器,并将动作分类器通过通信模块发送至控制模块。断开肌电假肢控制器与上位机之间的连接后,当用户利用幻肢执行某一动作时,控制模块根据动作分类器对接收到的肌电数据进行动作类型识别并输出分类结果,电机驱动模块根据分类结果驱动肌电假肢完成相应的动作,使用简单方便、动作灵巧。
一种肌电假肢控制系统,其特征在于,包括肌电假肢控制器和上位机,所述肌电假肢控制器包括:肌电电极,设置于肌电假肢的接受腔内部,用于采集肌电信号;肌电信号采集模块,与所述肌电电极连接,用于对采集到的所述肌电信号进行模数转换,提取肌电数据;控制模块,与所述肌电信号采集模块连接,用于将所述肌电数据发送给通信模块,并接收所述通信模块接收到的动作分类器,根据所述动作分类器对采集到的所述肌电数据进行动作类型识别,并输出分类结果;通信模块,连接所述控制模块,用于与上位机进行通信,将所述肌电数据传送到所述上位机和将所述上位机发送的动作分类器传送至所述控制模块;电机驱动模块,与所述控制模块连接,用于接收并根据所述分类结果驱动所述肌电假肢内部电机工作,完成相应动作;所述上位机用于接收并根据所述通信模块传送的肌电数据进行模式训练,得到所述动作分类器,并将所述动作分类器发送给所述通信模块。

肌电假肢是利用微小的肌电电位差信号作为控制和操纵肌电假肢各种功能的初始信号,肌电电位差信号通过被安置在残肢皮肤表面上的电极来测取,用来控制肌电假手的张开、合闭和旋转等动能。

[0003] 在现有的肌电假肢控制技术中,肌电假肢利用一对残留肌肉(主缩肌与拮抗肌)控制一个动作自由度。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。为了用一对肌肉控制多个自由度,肌电假肢增加了动作 “模式”切换功能。“模式”的切换是利用同时使一对肌肉“收缩”或附加开关来实现的,这使肌电假肢的使用非常困难,这种肌电假肢控制方式不能直接实现肌电假肢的控制。

[0004] 另外,目前的肌电假肢操控方法不符合人们“自然”使用肢体的方式。例如,对于肘部以上截肢者,需要用残留的二头肌和三头肌控制腕部动作或手部动作,但在截肢前,二头肌和三头肌是与肘部动作有关的肌肉。这造成肌电假肢使用中动作笨拙,增大肌电假肢使用者的精神负担。

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 患者截肢后,虽然肢体不再存在了,但患者会有肢体仍然存在的感觉,这是一种 “幻肢”现象。患者可以利用他们的幻肢做各种肢体动作,引起残肢肌肉收缩产生肌电信号。 上述肌电假肢控制系统,在使用肌电假肢之前利用上位机识别不同的动作类型。用户佩戴好肌电假肢,将肌电假肢控制器通过通信模块与上位机连接,用户根据上位机中的动作训练及分类模块显示的动作提示控制幻肢完成相应动作,通过肌电电极采集用户肢体表面产生的肌电信号,利用肌电信号采集模块将肌电信号(模拟信号)转换为肌电数据(数字信号),控制模块将肌电数据通过通信模块传送到上位机;上位机对接收的肌电数据进行模式训练得到动作分类器,并将动作分类器通过通信模块发送至控制模块。断开肌电假肢控制器与上位机之间的连接后用户便可使用肌电假肢,当用户想要执行某一动作时,控制幻肢执行该动作,此时控制模块根据动作分类器对接收到的肌电数据进行动作类型识别并输出分类结果,电机驱动模块根据分类结果驱动肌电假肢完成相应的动作,实现肌电假肢的多自由度自然控制。使用简单方便、动作灵巧,减小了使用者的精神负担。

技术合作

]上位机200还可包括与动作训练及分类模块220连接的康复训练模块240,康复训练模块240用于对截肢者进行康复训练,避免截肢者残留的肢体肌肉因长时间未使用而坏死。比如用康复训练模块240建立虚拟小游戏,显示操作指示,截肢者根据操作提示假想完成相应动作,此时肢体表面产生的肌电信号经肌电假肢控制器100采集处理得到肌电数据, 动作训练及分类模块220根据动作分类器对肌电数据进行分析后输出分类结果,康复训练模块240接收并根据动作训练及分类模块220输出的分类结果完成相应操作,从而达到对截肢者残留的肢体肌肉进行训练的目的。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。