专利名称：语音/肌电混合控制的电子假手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用声控技术与肌电控制技术的电子假手，尤其是一种通过语 音识别模块和无线或有线传输模块或者通过提取残肢的肌电信号来对多自由度假手进行 控制的假手装置。
背景技术：
健全的双手对人类来说很重要，能够完成握、捻、钩、提、夹等等生活中必 须要用到的多种复杂的动作。但是现实中由于交通事故，自然灾害，工伤，战争以及先 天性疾病等诸多因素，残肢患者为数甚多。据统计，全世界残肢患者有数千万之多。为 了能让残肢者生活自理，并尽可能提高他们的生活质量，各种假手应运而生。因此，手 缺损的重建一直是康复工程的一个重要课题。理想的假手应在形状和功能上与真手一样。它不仅能替代人手的感觉和运动 功能，而且还要像人手一样具有优美的外形。但目前的技术还远远达不到这个理想的要 求。人体上肢机构模型有27个自由度。其中手指部分有20个自由度。但目前科学水 平还不能做到具有27个自由度的电子假手。美国、日本实验研究的假手有7—11个自由 度，但目前临床使用的假手最多为3个自由度，以完成人手功能最常用的指伸、指屈、 旋前、旋后、腕伸、腕屈6个动作。尽管假手设计者面临着巨大的技术困难，但假手的 设计应包括以下标准具有多种抓握模式并根据物体的形状自动调节；物体的纹理、形 状和温度可作为反馈信息；具有本体感觉；重量轻，外观好；可以在潜意识下控制。虽 然世界上商品化的假肢已达上千种，但无一能达到以上标准。目前最先进的电子假手仅能完成人手的极少部分功能，而且其准确率也不能令 人满意，都存在各自的不足之处。当前使用较为广泛的肌电假手也存在一定程度的缺 陷。肌电假肢的最大优点是利用残存肌肉系统以生理方式控制假肢的运动功能，但肌电 控制本质上是一个开环控制系统，患者仅能用视觉和听觉作为反馈信号，这就需要患者 集中精力来控制假肢，而不利于对假肢状况的掌握，而且有些患者残肢由于残肢过短、 肌电信号弱等因素影响，导致肌电信号过弱而无法通过肌电信号控制假手。现在市场又 出现语音控制的假手，这个的出现，给那些无法提取肌电的患者带来了福音，但是语音 控制的假手对于患者的声音要求比较高。需要与患者训练时声音的音频和音色比较接 近，例如患者使用时由于感冒或喉咙沙哑无法发出与训练时的声音而导致控制失效。语 音假手在需要安静的环境下使用不方便，如在会议中。因此，需要一种基于语音与肌电 混合控制技术的假手，它结合二者的优点，可以根据患者的需求进行切换，取长补短， 这对于患者来说无疑又是一个福音。
发明内容
本发明是要提供一种语音/肌电混合控制的电子假手，该电子假手具有语音控 制系统和肌电控制系统，可以根据使用的实际情况来进行语音控制和肌电控制相互切换，可以让患者在一种控制失效的情况下，同样利用另一种控制，以免造成尴尬的局 面，并能根据所处场合的不同，选择最合适有效的控制方式。本发明的技术方案是一种语音/肌电混合控制的电子假手，包括语音控制 系统，肌电控制系统，语音控制和肌电控制切换系统，语音切换控制关节系统，其特点 是 语音控制和肌电 “肌电”时，输出一个控制信号驱动肌电控制系统工作；当语音识别芯片接收语音指令 “语音”时，语音识别芯片接通语音控制系统来控制假手；当语音识别芯片接收语音指 令“协同”时，由语音识别芯片接收使用的语音控制命令，经处理后输出控制信号至肌 电控制系统进行假手关节的切换，语音控制系统与肌电控制系统同时工作。语音切换控制关节系统包括语音识别芯片，肌电控制的单片机；当语音识别芯 片接收到使用者说出指令“手部”，输出一个高电平给肌电控制的单片机上控制手头 的引脚，单片机接到信号从而控制手部的开合；当语音识别芯片接收到使用者说出指令 “腕部”输出控制信号给肌电控制的单片机上控制腕部的引脚，从而控制腕部的左旋和
右旋；当语音识别芯片接收到使用者说出指令“肘部”，输出控制信号给肌电控制的单 片机上控制肘部的引脚，从而控制肘部的屈伸。语音控制系统包括语音识别芯片，驱动电路，语音芯片接收由使用者说出的指 令，经过信号放大后输入驱动电路驱动假手动作。肌电控制系统包括前置放大电路，双T滤波网，后置放大电路，A/D转换，单 片微机，经过前置放大电路输入至双T滤波网进行滤波处理，并经后置放大电路一次放 大后送入A/D转换及单片微机进行分析。本发明的有益效果是
本发明兼备声控与肌电两种控制方式，当使用者使用一种控制的时候，另一种控制 方式会被切断从而停止作用。当使用者处于声音控制时，可以通过语音来切换至肌电控 制，也可以通过一个控制转换开关来切换至肌电控制；当使用者处于肌电控制时，声音 控制处于休眠状态，但可以接收一些特定的命令来切换至声音控制，也可以通过控制转 换开关来切换至声音控制部分。在肌电控制方式的前提下，本发明还可以通过语音来切 换所控制的关节。本发明可以控制手头开合、腕关节的正反转及肘关节的伸屈动作等三个自由度 的动作，其中可以是控制其中的单独一个、同时二个或三个自由度。本发明运用继电器逻辑控制逻辑电路来控制假手三个自由度的驱动直流电机的 正反转，以实现控制假手驱动电机的正反转，从而实现假手开/合、内/外旋或屈/伸的 功能。
图1是本发明的语音控制假手部分的原理示意图； 图2是本发明的肌电控制假手部分的原理示意图3是假手单自由度动作转换继电器接线图4是开关切换控制单元的的原理示意图5是假手语音信号放大与继电器控制电路总接线图；图6是语音切换控制单元的原理示意图； 图7是通过语音切换控制关节示意图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。如图1到图7所示，本发明的语音/肌电混合控制的电子假手，由语音控制系 统，肌电控制系统，语音控制系统和肌电控制切换系统组成。如图1所示，语音控制系统包括语音识别芯片，驱动电路，语音芯片接收由使 用者说出的指令，经过信号放大后输入驱动电路驱动假手动作。使用前，使用者者需进 行训练，使用者给声控假手装置训练若干条命令；使用时，使用者发出与训练时相同的 语音命令，程序识别出语音命令后，将信号输出给假手以控制假手做出相应动作。如图2所示，肌电控制系统包括前置放大电路，双T滤波网，后置放大电路， A/D转换，单片微机。由人体解剖学知识可以知道，掌指关节和指关节的运动是由人体发出的肌电信 号控制的，但是人体肌肉中的肌电信号是十分微弱的(数十微伏)。对于如此微弱的信 号，因此，首先经过前置放大电路对它进行放大以后才能对它进行后续的处理，经过处 理过的信号中有干扰存在，必须经过双T滤波网对它作滤波处理。然后经过选频网络选 取出对有用信号分析最有利的点，再经过后置放大电路一次放大，放大后的信号送入A/ D转换，然后输入单片微机进行分析。实现假手一个自由度动作的转换需要两个继电器， 实现四个开关控制假手开合的转换，针脚电路连接见附图3。图4是通过手动开关来控制 假手的控制方式开关控制假手的四种状态，状态A为假手只受语音控制，肌电控制处 于断电状态；状态B为假手只受肌电控制，语音控制处于断电状态；状态C为肌电控制 假手运动，语音控制则切换假手被控关节状态，状态D为由语音命令来控制所有切换。 图5是假手语音信号放大与继电器控制电路(输出控制)的总接线图。假手的手指、腕 关节与肘关节处设有行程限位开关，开关信号可作为输出控制电路中的继电器的信号源 来控制动作假手单自由度驱动电机M的急停。语音芯片接收由麦克风的命令，经过语音 芯片的处理，语音芯片的引脚输出电平控制二个继电器工作，继电器的引脚输出电平来 控制假手的各个动作的完成。本发明可以在状态3时处于肌电控制方式，语音控制处于 待机状态。当手动开关处于状态4的时候，本发明则通过语音来切换假手的控制单元。如图6所示，语音识别芯片接收语音指令“肌电”语音芯片分析处理，输出一 个控制信号驱动肌电系统的单片机工作；当语音识别芯片接收语音指令“语音”时， 语音识别芯片讲接通语音模块与假手间的控制；当语音识别芯片接收语音指令“协同” 时，则由语音识别芯片接收使用的语音控制命令，经处理后输出控制信号至肌电控制电 路进行关节的切换，语音控制 与肌电控制同时工作。本发明可以通过语音来切换控制关 节如图7。当使用者说出指令“手部”语音识别芯片输出一个高电平给肌电控制的单片 机上控制手头的引脚，单片机接到信号从而控制手部的开合。当说出指令“腕部”语音 识别芯片同样输出控制信号给肌电控制的单片机上控制腕部的引脚，从而控制腕部的左 旋和右旋。当说出指令“肘部”语音识别芯片同样输出控制信号给肌电控制的单片机上 控制肘部的引脚，从而控制肘部的屈伸。这样就实现了在肌电控制的假手的情况下，通过语音来切换控制的关节。
权利要求
1.一种语音/肌电混合控制的电子假手，包括语音控制系统，肌电控制系统，语音控 制和肌电控制切换系统，语音切换控制关节系统，其特征在于所述语音控制和肌电控 制切换系统由语音识别芯片组成，当语音识别芯片接收语音指令“肌电”时，输出一个 控制信号驱动肌电控制系统工作；当语音识别芯片接收语音指令“语音”时，语音识别 芯片接通语音控制系统来控制假手；当语音识别芯片接收语音指令“协同”时，由语音 识别芯片接收使用的语音控制命令，经处理后输出控制信号至肌电控制系统进行假手关 节的切换，语音控制系统与肌电控制系统同时工作。
2.根据权利要求1所述的语音/肌电混合控制的电子假手，其特征在于所述语音切 换控制关节系统包括语音识别芯片，肌电控制的单片机；当语音识别芯片接收到使用者 说出指令“手部”，输出一个高电平给肌电控制的单片机上控制手头的引脚，单片机接 到信号从而控制手部的开合；当语音识别芯片接收到使用者说出指令“腕部”输出控制 信号给肌电控制的单片机上控制腕部的引脚，从而控制腕部的左旋和右旋；当语音识别 芯片接收到使用者说出指令“肘部”，输出控制信号给肌电控制的单片机上控制肘部的 引脚，从而控制肘部的屈伸。
3.根据权利要求1所述的语音/肌电混合控制的电子假手，其特征在于所述语音控 制系统包括语音识别芯片，驱动电路，语音芯片接收由使用者说出的指令，经过信号放 大后输入驱动电路驱动假手动作。
4.根据权利要求1所述的语音/肌电混合控制的电子假手，其特征在于所述肌电控 制系统包括前置放大电路，双T滤波网，后置放大电路，A/D转换，单片微机，经过前 置放大电路输入至双T滤波网进行滤波处理，并经后置放大电路一次放大后送入A/D转 换及单片微机进行分析。
全文摘要
本发明涉及一种语音/肌电混合控制的电子假手，包括语音控制系统，肌电控制系统，语音控制和肌电控制切换系统，语音切换控制关节系统，语音控制和肌电控制切换系统由语音识别芯片组成，当语音识别芯片接收语音指令“肌电”时，输出一个控制信号驱动肌电控制系统工作；当语音识别芯片接收语音指令“语音”时，语音识别芯片接通语音控制系统来控制假手；当语音识别芯片接收语音指令“协同”时，由语音识别芯片接收使用的语音控制命令，经处理后输出控制信号至肌电控制系统进行假手关节的切换，语音控制系统与肌电控制系统同时工作。本发明具有语音控制系统和肌电控制系统，可以根据使用的实际情况来进行相应的控制切换。
文档编号A61F2/72GK102008362SQ20101060894
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者喻洪流, 官龙, 张志敏, 林起彪, 简卓 申请人:上海理工大学, 丹阳假肢厂有限公司