人手或假手抓取能力评估系统和评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种包含手腕的人手或假手抓取能力评估方法。
【背景技术】
[0002] 人手是人体最灵巧的部分之一。在日常生活中，人类能够控制自己的完成各类纷 繁复杂的抓取任务。运是人手灵巧性的集中体现。但是也对人手抓取功能性的提炼带来 了困难。早期，是由解剖学、生物力学和康复学领域的抓取率先提出了采用少出几种极具 发表性的抓取姿势来代表人手纷繁复杂的抓取功能的，奠定了抓取分类学的基础。由于 被抓取的物体是人手完成抓取任务的对象，因此，一开始是基于物体的形状和尺寸来选择 抓取姿势体现人手抓取功能的。将基础抓取姿势定义为侧边捏（lateral)、圆柱形强力抓 取（power)、Ξ指捏取（tripod)、两指精确捏取（tip)、四指和拇指间夹取（extension), 球形强力抓取（S地erical)。然而Napier在其研究中发现，人在抓取物体时，抓取控制 意图也影响人的抓取姿势。将人手抓取意图分为：强力抓取（powergrasp)、侧边抓取 (intermediategrasp)和精确抓取（precisiongrasp)。而强力抓取和精确抓取，实际上体 现在人手与物体接触的区域上，接触的区域大，包括手掌则为强力抓取，接触的区域小于强 力抓取区域，且不包括手掌，则称为侧边抓取或精确抓取。在此基础上，化tcosky融合了被 抓取物体的形状、尺寸和抓取控制意图，建立了抓取分类表来体现人手的抓取功能。但是， 在实际抓取中，人手和物体之间的相对位置是变化的，并不是总处于最佳抓取位置。特别是 在人手受到某种空间限制的情况下，在人手和物体之间相对位置较大的情况下仍能通过手 腕改变人手的姿态完成抓取，运就体现了人手除了对于不同形状尺寸物体的抓取适应性和 不同抓取意图W外的又一个不可缺少的重要能力一一抓取的容差性。抓取的容差性间接地 导致了人手和物体的不同接触，当相对距离较近时，人手和物体的接触区域较大，当相对距 离较远时，人手和物体的接触区域较小，因此人手的抓取容差间接的体现了人手抓取控制 意图。综上所述，容差性的抓取不同形状、尺寸的物体能够同时体现抓取的容差性、抓取控 制意图和对于不同形状尺寸物体的抓取适应性，能够更为全面的代表人手的抓取能力。
[0003] 基于抓取姿势对人手抓取功能的评估已被广泛应用在康复领域，用于评估人手 的伤残等级，还可用于评估仿人假手的性能。例如南安普顿大学研发SouthamptonHand AssessmentProce化re(SHAP)被广泛应用到了人手抓取功能评估和假手性能评估上。但 SHAP等人提出的人手抓取能力评估方法没有考虑到手和手腕的协同完成容差性抓取的情 况。因此，研制一种能够考虑手和手腕的协同抓取，基于容差性抓取不同物体的人手/假手 抓取能力评估方法就显得尤为重要。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有的人手或假手评估方法并不能实现手和手腕的协同抓取 的容差性的评估的问题，因此提出了一种人手或假手抓取能力评估系统和评估方法。 阳0化]本发明所述的人手或假手抓取能力评估系统，它包括实验桌1，它还包括相对位置 坐标纸2、计算机6、音响7、鼠标8、前臂位置固定装置9、任务范式存储模块、抓取能力评估 模块、抓取任务调取模块、抓取任务开始按钮、抓取任务完成按钮、抓取时间计时模块；
[0006] 音响7连接计算机6的音频信号输出端，鼠标8通过USB接口与计算机6连接，且 计算机6、音响7和鼠标8均设置在实验桌1上；
[0007] 相对位置坐标纸2水平铺设在实验桌1的上表面，用于进行抓取实验时放置目标 抓取装置，用于为实验者提供水平面内不同相对位置的坐标引导；
[0008] 前臂位置固定装置9临近相对位置坐标纸2设置，前臂位置固定装置9包括可调 高度铁架台和直尺；
[0009] 可调高度铁架台，用于水平支撑前臂且高度可调，用于调整前臂与桌面的相对高 度，且固定人手或假手的前臂的位置，使前臂不会产生任何方向上的位置移动，但不影响手 腕自由摆动；
[0010] 直尺固定在可调高度铁架台的侧面，用于调整前臂与桌面相对高度的指示；
[0011] 任务范式存储模块，用于存储抓取任务的范式；
[0012] 抓取任务调取模块，用于随机调取任务范式存储模块内存储的抓取任务范式，并 将调取的抓取任务范式发送至计算机的显示器进行显示；
[0013] 抓取任务开始按钮模块，每项抓取任务开始时通过鼠标进行触发，向抓取时间计 时模块发送计时开始信号，当接收到抓取任务完成按钮的完成信号后，延时ts后，自动向 抓取时间计时模块发送计时开始信号直至接收到所执行的抓取任务中的最后一个范式完 成时抓取任务完成按钮发送的完成信号，停止进行延时；其中，t为正数；
[0014] 抓取任务完成按钮模块，通过鼠标进行触发，用于向抓取时间计时模块发送计时 结束信号；同时向抓取任务开始按钮模块发送计时结束信号；
[0015] 抓取时间计时模块，用于接收抓取任务开始按钮发送的计时开始信号，对执行抓 取任务的时间进行计时，接收抓取任务完成按钮发送的计时结束信号，结束计时，并将计时 信号发送至计算机进行显示，同时将计时信号发送抓取能力评估模块；
[0016] 抓取能力评估模块，用于接收抓取时间计时模块发送的任务抓取过程计时信号， 并根据抓取时间计时模块发送的任务抓取过程计时信号，对人手或假手的抓取能力进行评 估，并将评估结果发送至计算机的显示器进行显示。
[0017] 采用人手或假手抓取能力评估系统的评估方法，该方法包括：
[0018] 通过鼠标对抓取任务调取模块进行触发随机调取任务范式存储模块内存储的抓 取任务的步骤；该步骤还包括将调取的任务发送至计算机的显示器进行显示的步骤；
[0019] 采用前臂位置固定装置9对前臂进行固定的步骤；
[0020] 开始按照计算机显示屏显示的任务范式抓取物品的任务，通过鼠标触发抓取任务 开始按钮，并向抓取时间计时模块发送计时开始触发信号，对抓取任务时间进行计时的步 骤；
[0021] 抓取任务完成后，通过鼠标触发抓取任务完成按钮，并向抓取时间计时模块发送 计时结束信号，抓取时间计时模块结束计时，并向抓取能力评估模块发送任务抓取过程所 用的时间的步骤；
[0022] 重复执行η次：开始按照计算机显示屏显示的任务范式抓取物品的任务，通过鼠 标触发抓取任务开始按钮，并向抓取时间计时模块发送计时开始触发信号，对抓取任务时 间进行计时的步骤和抓取任务完成后，通过鼠标触发抓取任务完成按钮，并向抓取时间计 时模块发送计时结束信号，抓取时间计时模块结束计时，并向抓取能力评估模块发送任务 抓取过程所用的时间的步骤；η为正整数；
[0023] 接收抓取时间计时模块发送的任务抓取过程计时信号，并根据任务抓取过程所用 的时间信号对人手或假手的抓取能力进行评估，并将评估结果发送至计算机的显示器进行 显示的步骤。
[0024] 本发明的有益效果是：本发明包括手腕的人手/假手抓取能力评估方法通过考虑 人手抓取容差，在考虑人手抓取功能的基础上，融入手腕运动对抓取功能的影响，建立了评 估的抓取实验范式，被评估者根据抓取实验范式完成评估实验，W被评估者完成每个抓取 任务的时间作为抓取能力的客观评估依据，建立了较为全面的能够体现人手抓取功能的人 手/假手抓取能力评估方法。此方法将提高人手/假手抓取能力评估的全面性，设计的量 化评估人手/假手抓取能力的方法，能够更加全面、直观、准确的评估不同被评估者的抓取 能力，此种评估实验范式还可用在人手及手腕运动功能障碍者和假手使用者抓取能力的康 复上。实现了手和手腕的协同抓取的容差性的评估。
【附图说明】
[00巧]图1为本发明所述人手或假手抓取能力评估系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[00%]
【具体实施方式】一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的人手或假手抓取 能力评估系统，它包括实验桌1，它还包括相对位置坐标纸2、计算机6、音响7、鼠标8、前臂 位置固定装置9、任务范式存储模块、抓取能力评估模块、抓取任务调取模块、抓取任务开始 按钮、抓取任务完成按钮、抓取时间计时模块；
[0027] 音响7连接计算机6的音频