多自由度上肢假肢的创新控制方法.docx

多自由度上肢假肢的创新控制方法【摘要】文章分析了上肢残肢可实用控制信号源严重不足研究中的神经接口技术没有达到实用推广的的困难问题并论述了一种用于多自由度上肢假肢的多路控制信号源创新方法本方法用于多自由度上肢假肢的多路控制信号源为广大上肢假肢使用者带来了便利适于工业化规模生产与大规模推广应用。本文所述方法已获得作者唯一署名的已授权国家发明专利专利号：ZL201010156003.6在实用中取得了非常良好的效果是上肢假肢技术的新突破。【关键词】上肢假肢；肌电控制；传感器；下肢关节；残肢；神经接口1.上肢假肢控制现阶段所存在的问题1.1截肢后残肢的信号源匮乏长期以来假手的五个手指总共只有一个自由度五指共用一根拉索或一个微电机驱动一起张开、握紧。随着科学技术的发展现在广泛使用的肌电控制上肢假肢产品具有更多自由度前臂二自由度和上臂三自由度肌电控制假肢已广泛使用最近几年每个手指都有微电机驱动的假手已经成为产品但是在截肢后的残肢失去了大量肌肉残存的肌肉存在萎缩对肌肉的控制能力减退皮下脂肪增生肌电信号微弱皮肤疤痕等因素不能像正常肢体那样引出多路肌电信号一般只能从残留的伸肌和屈肌引出二路肌电控制信号对于某些残肢只能引出一路肌电信号甚至不能从残肢皮肤表面引出肌电信号信号源十分缺乏。1.2控制信号源严重不足已成为难题而且目前假肢技术面临突破性进展肌电控制上肢假肢关节数目增加控制多关节需要更多的独立信号源控制信号源严重不足已成为难题。除国内外巳广泛使用的上臂肌电控制假肢具有三个自由度外最近国外已出现五个手指各由一个微电机驱动的“仿生手”产品可惜的是目前在给截肢者安装使用时还只能用两路信号源控制五个手指一起张开及握紧每个手指不能同时独立活动只是当某个手指受阻不动时其它手指还可以继续握紧按物体形状抓住物体。由于截肢后许多肌肉丧失高位截肢肌肉丧失更为严重再加上残肢肌肉因不使用自然萎缩皮下脂肪增生等原因往往要在残肢引出两路肌电信号已很困难更不要说引出更多路信号了因此只能以较少信号源采用切换和编码控制方式控制假肢不能做到多自由度同时一对一的控制。对于前臂截肢者在残肢各块残存肌肉的皮肤表面引出肌电信号然后用模式识别技术识别手指和腕的各种动作信号用来控制前臂多自由度假肢的办法目前还只在健康人前臂上研究试验没有成为产品困难在于残肢往往不能引出这些动作的肌电信号。1.3神经接口技术不够成熟目前各国正在研究神经接口技术其目的就是试图从神经系统直接引出更多路控制信号由于难度很大成为普遍采用的成熟技术还要比较长的时间所需的投入也比较高。例如将控制上肢的神经再植于其它肌肉形成神经信号接口便可从皮肤表面引出这些神经传来的控制信号但是要截肢者普遍接受这种手术还有待此项技术进一步发展成熟。1.4上肢假肢需要创新的控制方法因此就目前上肢假肢的发展现状而言迫切需要寻找创新的信号源可行途径一种普遍可行、非常实用的多路信号控制多自由度假肢的方法。2.控制上肢假肢的创新实用控制方法2.1主要特点为了实现上述目的在本方法的第一方面提供了一种用于多自由度上肢假肢的多路控制信号源其主要特点是所述控制信号是来源于多自由度上肢假肢使用者下肢的多个部分的轻微动作并由传感器检测引出的控制信号。2.2提供了一种多自由度上肢假肢的多路控制方法在本方法的第二方面提供了一种用于多自由度上肢假肢的多路控制方法其特点是利用上述的多路控制信号源控制可控所制多自由度上肢假肢的各个关节同时或单独动作。所述的下肢的多个部分包括多个脚趾关节、踝关节、膝关节和髋关节的一个关节或几个关节这些关节运动产生控制信号。2.3下肢肌肉收缩产生肌电控制信号所述的下肢的多个部分包括所述下肢的一块或多块肌肉这些肌肉收缩产生肌电控制信号。例如所述的下肢的多个部分包括下肢表层的主要肌肉比如胫骨前肌和腓肠肌。所述动作包括伸、屈和转动的一种或几种。3.控制多自由度上肢假肢的传感器的安装方法3.1安装方法类型所述传感器的安装方法包括：贴于下肢皮肤表面；安装在具有弹性的扣带、袜子或裤子上后穿在下肢上；或安装在鞋内或鞋外。3.2如何用下肢关节的动作控制所述多路控制方法是所述的下肢的各个关节的动作控制多自由度上肢假肢相对应的各个关节的动作所述的下肢的各个关节包括脚趾关节、脚踝关节、膝关节和髋关节相应的所述的多自由度上肢假肢的多个关节包括假肢手指关节、假肢腕关节、假肢肘关节和假肢肩关节。也就是说可采用所述的多自由度上肢假肢的各个关节对应所述的下肢的各个关节的控制方式比如用脚趾控制假肢手指