基于眼部和下颌肌电信号对智能假肢的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种模仿人手运动的假肢，特别涉及一种基于眼部和下颂肌电信 号对智能假肢的控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 人手作为人体重要器官之一，在人们的日常生活中有着举足轻重的作用，不仅需 要通过其进行各项劳动性行为，在与他人交流或探索未知物体时同样占据重要地位。由于 人手具有十分精细的结构，决定了其可以完成多种复杂的功能，长期不断地学习、训练使复 杂功能的实现成为可能。这些是因人脑与手部间长期相互促进、影响、进化的结果，致使人 脑在控制人手完成相应运动模式时无需投入额外的心理关注。
[0003] 仿生手臂是20世纪后10年发展起来的具有高性能的新一代假肢，是机器人学 和生物医学工程领域的一个前沿性研究课题。仿生手臂的智能性主要体现在假手做较复杂 动作时的多手指协调能力，抓取物体时的握力自适应控制能力和对物体形状的（自适应）柔 顺性。仿生手臂能够根据人的大脑发出的意念自由地控制假手完成各种动作，在抓取物体 时能够感知物体的外部特征，自动调整假手系统的参数，使假手完成灵活、可靠的动作。
[0004] 目前用于智能仿生手臂基本都是采用大脑信号控制，然而大脑控制信号干扰性 大，采集信号不稳定，误差较大。
【发明内容】
[0005] 实用新型目的：本实用新型提供一种基于眼部和下颂肌电信号对智能假肢的控制 装置及方法，其目的是克服了现有假肢手干扰性大，采集信号不稳定，误差较大的不足。
[0006] 技术方案：本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0007] 基于眼部和下颂肌电信号对智能假肢的控制装置，其特征在于：它包含眼睛或者 下颂表面肌电信号采集模块，肌电信号处理模块，眼睛或下颂运动特征提取模块、特征匹配 模块和假肢控制模块；眼睛或者下颂表面肌电信号采集模块连接肌电信号处理模块，肌电 信号处理模块连接眼睛或下颂运动特征提取模块，眼睛或下颂运动特征提取模块连接特征 匹配模块，特征匹配模块连接假肢控制模块。
[0008] 假肢控制模块包括与特征匹配模块连接的四指电机、拇指电机和腕关节电机，四 指电机通过机械传递装置连接假肢手的四指，拇指电机通过机械传递装置连接假肢手的拇 指，腕关节电机通过机械传递装置连接假肢手的腕关节。
[0009] 利用上述的基于眼部和下颂肌电信号对智能假肢的控制装置所实施的控制方法， 其特征在于：该方法利用眼睛或者下颂表面肌电信号采集模块实现对眼睛的眨动或者下颂 的张合运动过程产生的肌电信号采集，并发送到信号处理模块，特征提取模块把处理后的 肌电信号传送到特征预存储模块，通过所述特征匹配模块，实现对假肢手的运动控制，进而 完成通过眼睛的眨动或者下颂的张合运动事件进行组合，以产生多种不同的特征，从而完 成假肢手的控制功能。
[0010] 眼睛或者下颂表面肌电信号采集模块是从眼部和下颂获取皮肤表面的表面肌电 信号并传送给肌电处理模块，此模块主要包含三个部分：采集参数设定，采集时间记录，动 作指引，通过采集参数设定和动作指引，检测眨眼动作和下颂张合动作数据并记录眼睛闭 合时间和下颂动作持续时间。
[0011] 眼睛或下颂运动特征提取模块主要由双眼眨眼信号识别单元以及下颂张合信号 识别单元构成，通过提取到不同运动模式的各种特征判别相应动作指令，其中对信号的运 动特征通过时域分析、频域分析、时频域分析、非线性熵和混沌的方法提取。
[0012] 该方法的步骤如下：
[0013] (1)、将眼睛或下颂运动特征提取模块贴于眼睛或下颂处，利用眼睛或下颂运动特 征提取模块从眼部和下颂获取皮肤表面的表面肌电信号并传送给肌电处理模块；
[0014] (2)、肌电处理模块将信号传输至眼睛或下颂运动特征提取模块进行特征提取；
[0015] (3)、利用模式匹配模块是与传送进来的特征信号通过对比判别进行特征匹配，将 输出的相应设定动作指令传送至假肢控制模块，通过识别动作、确认动作和匹配动作的过 程，判断出提取的特征是否符合对应的眼睛或者下颂运动特征向量期望动作，若符合，则进 入假肢控制模块；
[0016] (4)、利用假肢控制模块控制假肢手五指及手腕电机做出相应的指令动作。
[0017] 眼睛或者下颂表面肌电信号是对左眼连续眨动、右眼连续眨动、双眼同时连续眨 动、张嘴、咬牙，吐舌六种状态进行信号特征识别。
[0018] 在六种模式下采集的EMG信号时，要求使用者按如下方式运动：
[0019] 1)握拳：左眼连续眨动5次，假肢手由手掌自然松弛状态变为握拳状态；
[0020] 2)展拳：右眼连续眨动5次，假肢手由手掌自然松弛状态变为展拳状态；
[0021] 3)伸掌：双眼眼连续眨动5次，假肢手由手掌自然松弛状态变为握拳状态；
[0022] 4)手臂内旋：张嘴3秒左右，假肢手由手掌自然松弛状态变为手臂内旋状态；
[0023] 5)手臂外旋：双嘴合拢，咬牙3秒，假肢手由手掌自然松弛状态变为手臂外旋状 态；
[0024] 6)吐舌：舌头连续伸出自然状态5次，假肢手恢复手掌自然松弛状态。
[0025] 肌电信号处理模块：通过对表面肌电信号进行平方移动平均法检测，提取有效活 动段，为降低噪声对信号影响，选取巴特沃斯带通和带阻数字滤波器进行滤波处理；
[0026] 眼睛或下颂运动特征提取模块：采用小波变换的特征提取办法，并通过人工神经 网络对受试者动作进行模式识别。
[0027] 优点及效果：本实用新型提供一种基于眼部和下颂肌电信号对智能假肢的控制装 置及方法，其动作幅度大，信号易于采集，精度高，通过较为详细的肌电信号的分析结果，驱 动具有较低复杂度的假肢完成较高级的任务，通过各种方法寻找信号与不同模式之间的关 系，使其成为假肢可靠的信号源，能更好的实现对假肢手的准确控制，满足人们的需求。
【附图说明】 [0028] ：<