專利名稱：語音/肌電混合控制的電子假手的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種采用聲控技術(shù)與肌電控制技術(shù)的電子假手，尤其是一種通過語 音識別模塊和無線或有線傳輸模塊或者通過提取殘肢的肌電信號來對多自由度假手進行 控制的假手裝置。
背景技術(shù)：
健全的雙手對人類來說很重要，能夠完成握、捻、鉤、提、夾等等生活中必 須要用到的多種復雜的動作。但是現(xiàn)實中由于交通事故，自然災害，工傷，戰(zhàn)爭以及先 天性疾病等諸多因素，殘肢患者為數(shù)甚多。據(jù)統(tǒng)計，全世界殘肢患者有數(shù)千萬之多。為 了能讓殘肢者生活自理，并盡可能提高他們的生活質(zhì)量，各種假手應運而生。因此，手 缺損的重建一直是康復工程的一個重要課題。理想的假手應在形狀和功能上與真手一樣。它不僅能替代人手的感覺和運動 功能，而且還要像人手一樣具有優(yōu)美的外形。但目前的技術(shù)還遠遠達不到這個理想的要 求。人體上肢機構(gòu)模型有27個自由度。其中手指部分有20個自由度。但目前科學水 平還不能做到具有27個自由度的電子假手。美國、日本實驗研究的假手有7—11個自由 度，但目前臨床使用的假手最多為3個自由度，以完成人手功能最常用的指伸、指屈、 旋前、旋后、腕伸、腕屈6個動作。盡管假手設計者面臨著巨大的技術(shù)困難，但假手的 設計應包括以下標準具有多種抓握模式并根據(jù)物體的形狀自動調(diào)節(jié)；物體的紋理、形 狀和溫度可作為反饋信息；具有本體感覺；重量輕，外觀好；可以在潛意識下控制。雖 然世界上商品化的假肢已達上千種，但無一能達到以上標準。目前最先進的電子假手僅能完成人手的極少部分功能，而且其準確率也不能令 人滿意，都存在各自的不足之處。當前使用較為廣泛的肌電假手也存在一定程度的缺 陷。肌電假肢的最大優(yōu)點是利用殘存肌肉系統(tǒng)以生理方式控制假肢的運動功能，但肌電 控制本質(zhì)上是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，患者僅能用視覺和聽覺作為反饋信號，這就需要患者 集中精力來控制假肢，而不利于對假肢狀況的掌握，而且有些患者殘肢由于殘肢過短、 肌電信號弱等因素影響，導致肌電信號過弱而無法通過肌電信號控制假手。現(xiàn)在市場又 出現(xiàn)語音控制的假手，這個的出現(xiàn)，給那些無法提取肌電的患者帶來了福音，但是語音 控制的假手對于患者的聲音要求比較高。需要與患者訓練時聲音的音頻和音色比較接 近，例如患者使用時由于感冒或喉嚨沙啞無法發(fā)出與訓練時的聲音而導致控制失效。語 音假手在需要安靜的環(huán)境下使用不方便，如在會議中。因此，需要一種基于語音與肌電 混合控制技術(shù)的假手，它結(jié)合二者的優(yōu)點，可以根據(jù)患者的需求進行切換，取長補短， 這對于患者來說無疑又是一個福音。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種語音/肌電混合控制的電子假手，該電子假手具有語音控 制系統(tǒng)和肌電控制系統(tǒng)，可以根據(jù)使用的實際情況來進行語音控制和肌電控制相互切換，可以讓患者在一種控制失效的情況下，同樣利用另一種控制，以免造成尷尬的局 面，并能根據(jù)所處場合的不同，選擇最合適有效的控制方式。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種語音/肌電混合控制的電子假手，包括語音控制 系統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語音控制和肌電控制切換系統(tǒng)，語音切換控制關節(jié)系統(tǒng)，其特點 是 語音控制和肌電 “肌電”時，輸出一個控制信號驅(qū)動肌電控制系統(tǒng)工作；當語音識別芯片接收語音指令 “語音”時，語音識別芯片接通語音控制系統(tǒng)來控制假手；當語音識別芯片接收語音指 令“協(xié)同”時，由語音識別芯片接收使用的語音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號至肌 電控制系統(tǒng)進行假手關節(jié)的切換，語音控制系統(tǒng)與肌電控制系統(tǒng)同時工作。語音切換控制關節(jié)系統(tǒng)包括語音識別芯片，肌電控制的單片機；當語音識別芯 片接收到使用者說出指令“手部”，輸出一個高電平給肌電控制的單片機上控制手頭 的引腳，單片機接到信號從而控制手部的開合；當語音識別芯片接收到使用者說出指令 “腕部”輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左旋和
右旋；當語音識別芯片接收到使用者說出指令“肘部”，輸出控制信號給肌電控制的單 片機上控制肘部的引腳，從而控制肘部的屈伸。語音控制系統(tǒng)包括語音識別芯片，驅(qū)動電路，語音芯片接收由使用者說出的指 令，經(jīng)過信號放大后輸入驅(qū)動電路驅(qū)動假手動作。肌電控制系統(tǒng)包括前置放大電路，雙T濾波網(wǎng)，后置放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，單 片微機，經(jīng)過前置放大電路輸入至雙T濾波網(wǎng)進行濾波處理，并經(jīng)后置放大電路一次放 大后送入A/D轉(zhuǎn)換及單片微機進行分析。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明兼?zhèn)渎暱嘏c肌電兩種控制方式，當使用者使用一種控制的時候，另一種控制 方式會被切斷從而停止作用。當使用者處于聲音控制時，可以通過語音來切換至肌電控 制，也可以通過一個控制轉(zhuǎn)換開關來切換至肌電控制；當使用者處于肌電控制時，聲音 控制處于休眠狀態(tài)，但可以接收一些特定的命令來切換至聲音控制，也可以通過控制轉(zhuǎn) 換開關來切換至聲音控制部分。在肌電控制方式的前提下，本發(fā)明還可以通過語音來切 換所控制的關節(jié)。本發(fā)明可以控制手頭開合、腕關節(jié)的正反轉(zhuǎn)及肘關節(jié)的伸屈動作等三個自由度 的動作，其中可以是控制其中的單獨一個、同時二個或三個自由度。本發(fā)明運用繼電器邏輯控制邏輯電路來控制假手三個自由度的驅(qū)動直流電機的 正反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)控制假手驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)假手開/合、內(nèi)/外旋或屈/伸的 功能。


圖1是本發(fā)明的語音控制假手部分的原理示意圖； 圖2是本發(fā)明的肌電控制假手部分的原理示意圖3是假手單自由度動作轉(zhuǎn)換繼電器接線圖4是開關切換控制單元的的原理示意圖5是假手語音信號放大與繼電器控制電路總接線圖；圖6是語音切換控制單元的原理示意圖； 圖7是通過語音切換控制關節(jié)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1到圖7所示，本發(fā)明的語音/肌電混合控制的電子假手，由語音控制系 統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語音控制系統(tǒng)和肌電控制切換系統(tǒng)組成。如圖1所示，語音控制系統(tǒng)包括語音識別芯片，驅(qū)動電路，語音芯片接收由使 用者說出的指令，經(jīng)過信號放大后輸入驅(qū)動電路驅(qū)動假手動作。使用前，使用者者需進 行訓練，使用者給聲控假手裝置訓練若干條命令；使用時，使用者發(fā)出與訓練時相同的 語音命令，程序識別出語音命令后，將信號輸出給假手以控制假手做出相應動作。如圖2所示，肌電控制系統(tǒng)包括前置放大電路，雙T濾波網(wǎng)，后置放大電路， A/D轉(zhuǎn)換，單片微機。由人體解剖學知識可以知道，掌指關節(jié)和指關節(jié)的運動是由人體發(fā)出的肌電信 號控制的，但是人體肌肉中的肌電信號是十分微弱的(數(shù)十微伏)。對于如此微弱的信 號，因此，首先經(jīng)過前置放大電路對它進行放大以后才能對它進行后續(xù)的處理，經(jīng)過處 理過的信號中有干擾存在，必須經(jīng)過雙T濾波網(wǎng)對它作濾波處理。然后經(jīng)過選頻網(wǎng)絡選 取出對有用信號分析最有利的點，再經(jīng)過后置放大電路一次放大，放大后的信號送入A/ D轉(zhuǎn)換，然后輸入單片微機進行分析。實現(xiàn)假手一個自由度動作的轉(zhuǎn)換需要兩個繼電器， 實現(xiàn)四個開關控制假手開合的轉(zhuǎn)換，針腳電路連接見附圖3。圖4是通過手動開關來控制 假手的控制方式開關控制假手的四種狀態(tài)，狀態(tài)A為假手只受語音控制，肌電控制處 于斷電狀態(tài)；狀態(tài)B為假手只受肌電控制，語音控制處于斷電狀態(tài)；狀態(tài)C為肌電控制 假手運動，語音控制則切換假手被控關節(jié)狀態(tài)，狀態(tài)D為由語音命令來控制所有切換。 圖5是假手語音信號放大與繼電器控制電路(輸出控制)的總接線圖。假手的手指、腕 關節(jié)與肘關節(jié)處設有行程限位開關，開關信號可作為輸出控制電路中的繼電器的信號源 來控制動作假手單自由度驅(qū)動電機M的急停。語音芯片接收由麥克風的命令，經(jīng)過語音 芯片的處理，語音芯片的引腳輸出電平控制二個繼電器工作，繼電器的引腳輸出電平來 控制假手的各個動作的完成。本發(fā)明可以在狀態(tài)3時處于肌電控制方式，語音控制處于 待機狀態(tài)。當手動開關處于狀態(tài)4的時候，本發(fā)明則通過語音來切換假手的控制單元。如圖6所示，語音識別芯片接收語音指令“肌電”語音芯片分析處理，輸出一 個控制信號驅(qū)動肌電系統(tǒng)的單片機工作；當語音識別芯片接收語音指令“語音”時， 語音識別芯片講接通語音模塊與假手間的控制；當語音識別芯片接收語音指令“協(xié)同” 時，則由語音識別芯片接收使用的語音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號至肌電控制電 路進行關節(jié)的切換，語音控制 與肌電控制同時工作。本發(fā)明可以通過語音來切換控制關 節(jié)如圖7。當使用者說出指令“手部”語音識別芯片輸出一個高電平給肌電控制的單片 機上控制手頭的引腳，單片機接到信號從而控制手部的開合。當說出指令“腕部”語音 識別芯片同樣輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左 旋和右旋。當說出指令“肘部”語音識別芯片同樣輸出控制信號給肌電控制的單片機上 控制肘部的引腳，從而控制肘部的屈伸。這樣就實現(xiàn)了在肌電控制的假手的情況下，通過語音來切換控制的關節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種語音/肌電混合控制的電子假手，包括語音控制系統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語音控 制和肌電控制切換系統(tǒng)，語音切換控制關節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述語音控制和肌電控 制切換系統(tǒng)由語音識別芯片組成，當語音識別芯片接收語音指令“肌電”時，輸出一個 控制信號驅(qū)動肌電控制系統(tǒng)工作；當語音識別芯片接收語音指令“語音”時，語音識別 芯片接通語音控制系統(tǒng)來控制假手；當語音識別芯片接收語音指令“協(xié)同”時，由語音 識別芯片接收使用的語音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號至肌電控制系統(tǒng)進行假手關 節(jié)的切換，語音控制系統(tǒng)與肌電控制系統(tǒng)同時工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音/肌電混合控制的電子假手，其特征在于所述語音切 換控制關節(jié)系統(tǒng)包括語音識別芯片，肌電控制的單片機；當語音識別芯片接收到使用者 說出指令“手部”，輸出一個高電平給肌電控制的單片機上控制手頭的引腳，單片機接 到信號從而控制手部的開合；當語音識別芯片接收到使用者說出指令“腕部”輸出控制 信號給肌電控制的單片機上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左旋和右旋；當語音識別 芯片接收到使用者說出指令“肘部”，輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制肘部的 引腳，從而控制肘部的屈伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音/肌電混合控制的電子假手，其特征在于所述語音控 制系統(tǒng)包括語音識別芯片，驅(qū)動電路，語音芯片接收由使用者說出的指令，經(jīng)過信號放 大后輸入驅(qū)動電路驅(qū)動假手動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語音/肌電混合控制的電子假手，其特征在于所述肌電控 制系統(tǒng)包括前置放大電路，雙T濾波網(wǎng)，后置放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，單片微機，經(jīng)過前 置放大電路輸入至雙T濾波網(wǎng)進行濾波處理，并經(jīng)后置放大電路一次放大后送入A/D轉(zhuǎn) 換及單片微機進行分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種語音/肌電混合控制的電子假手，包括語音控制系統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語音控制和肌電控制切換系統(tǒng)，語音切換控制關節(jié)系統(tǒng)，語音控制和肌電控制切換系統(tǒng)由語音識別芯片組成，當語音識別芯片接收語音指令“肌電”時，輸出一個控制信號驅(qū)動肌電控制系統(tǒng)工作；當語音識別芯片接收語音指令“語音”時，語音識別芯片接通語音控制系統(tǒng)來控制假手；當語音識別芯片接收語音指令“協(xié)同”時，由語音識別芯片接收使用的語音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號至肌電控制系統(tǒng)進行假手關節(jié)的切換，語音控制系統(tǒng)與肌電控制系統(tǒng)同時工作。本發(fā)明具有語音控制系統(tǒng)和肌電控制系統(tǒng)，可以根據(jù)使用的實際情況來進行相應的控制切換。
文檔編號A61F2/72GK102008362SQ20101060894
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者喻洪流, 官龍, 張志敏, 林起彪, 簡卓 申請人:上海理工大學, 丹陽假肢廠有限公司