一種帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及假肢領(lǐng)域，尤其為一種帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人形義肢在市場(chǎng)上已有各種成熟產(chǎn)品銷售，其中包括了一些具有簡(jiǎn)單功能的智能義肢。這些產(chǎn)品多數(shù)是只具有裝飾性功能的義肢，這部分義肢僅僅提供裝飾性作用，無法給殘障人士提供生活上的幫助與便利。還有一部分義肢是具有簡(jiǎn)單功能的智能義肢，這部分義肢僅僅采集簡(jiǎn)單的肌電信號(hào)，利用殘肢肌肉的緊張與松弛來控制義肢完成簡(jiǎn)單的抓取和放下動(dòng)作。該類義肢僅能幫助殘障人士完成一些簡(jiǎn)單粗暴的大尺度動(dòng)作，無法幫助殘障人士完成日常生活中大量的精細(xì)化動(dòng)作。當(dāng)前一些研宄機(jī)構(gòu)的最新研宄方向?qū)⒄Z(yǔ)音和腦電信號(hào)引入義肢控制系統(tǒng)，這類義肢通過語(yǔ)音信號(hào)和腦電信號(hào)控制義肢的動(dòng)作，相較肌電控制義肢，動(dòng)作更為靈活多樣，操作更為精細(xì)。但該類設(shè)備的一個(gè)重要缺陷是采用了開環(huán)控制方式，殘障人士在使用這類義肢時(shí)，完全無法獲知到義肢末端的觸覺信息，也就是說義肢使用者是沒有“觸感”的。本發(fā)明增加了壓力采集和感知反饋模塊，將義肢末端的“觸感”信息通過壓力采集模塊和感知反饋模塊傳導(dǎo)給義肢使用者，使使用者獲取了與真實(shí)肢體類似的“觸感”。通過這種閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，義肢使用者完全可以按照自己的真實(shí)意圖去操控義肢，并能夠?qū)崟r(shí)的獲知義肢末端的觸控壓力大小，便于及時(shí)調(diào)整自己的控制意圖，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操控的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有的假肢系統(tǒng)不能完成精細(xì)化動(dòng)作的問題，提供了一種帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，具體由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，包括與殘疾人的殘肢部連接且具有動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的假肢，還包括:
語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊，采集殘疾人用以實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢動(dòng)作轉(zhuǎn)換、大尺度移動(dòng)和鎖定動(dòng)作進(jìn)行控制的語(yǔ)音信號(hào)；
腦電波采集與處理模塊，獲取殘疾人用以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢精細(xì)進(jìn)行控制的腦電波信號(hào);
壓力采集模塊，設(shè)置于假肢末端，用于采集假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值；
感知反饋模塊，設(shè)置于殘疾人的殘肢部，根據(jù)假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值產(chǎn)生電流信號(hào)對(duì)殘肢部進(jìn)行刺激，使得殘疾人實(shí)時(shí)修正自己的腦電波信號(hào)；
控制模塊，接收所述語(yǔ)音信號(hào)、腦電波信號(hào)，形成控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成假肢動(dòng)作的控制指令；接收所述實(shí)時(shí)壓力值，形成控制感知反饋模塊對(duì)殘肢部產(chǎn)生刺激電流的控制指令。
[0004]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述腦電波采集與處理模塊具有兩個(gè)分別連接于殘疾人前額和耳垂的用于采集腦電波的傳感器，處理并輸出腦波頻率譜、腦電信號(hào)質(zhì)量、原始腦電波和三個(gè)eSense參數(shù):專注度、放松度和眨眼偵測(cè)。
[0005]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述腦電波采集與處理模塊還連接有用以實(shí)現(xiàn)與控制模塊之間進(jìn)行無線通信的藍(lán)牙接口和模塊。
[0006]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊采用非特定人單芯片語(yǔ)音識(shí)別芯片。
[0007]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述壓力采集模塊采用聚合體薄膜力敏電阻材料制成的貼片式傳感器。
[0008]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述感知反饋模塊包括互相連接的貼片電極和電子脈沖驅(qū)動(dòng)電路，所述貼片電極貼附于使用者的殘肢部，所述電子脈沖驅(qū)動(dòng)電路接收控制模塊發(fā)送的相應(yīng)控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制信號(hào)從而驅(qū)使貼片電極產(chǎn)生相應(yīng)的刺激電流。
[0009]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，控制模塊由主控制芯片、數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)單元、通信模塊、接口模塊組成。
[0010]本發(fā)明使得假肢使用者完全可以按照自己的真實(shí)意圖去操控假肢，并能夠?qū)崟r(shí)的獲知假肢末端的觸控壓力大小，便于及時(shí)調(diào)整自己的控制意圖，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操控的目的。
【附圖說明】
[0011]圖I為本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的原理實(shí)現(xiàn)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合說明書附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明：
如圖所示，該帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)包括與殘疾人的殘肢部7連接且具有動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的假肢1，還包括：
語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊2，采集殘疾人用以實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢動(dòng)作轉(zhuǎn)換、大尺度移動(dòng)和鎖定動(dòng)作進(jìn)行控制的語(yǔ)音信號(hào)；該語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊采用非特定人單芯片語(yǔ)音識(shí)別芯片不需任何外接輔助Flash和RAM，并且內(nèi)置高精度A/D、D/A通道：不需外接AD芯片，麥克風(fēng)可直接接在芯片AD引腳上，模塊的集成度高，功耗低，適合便攜式佩戴。不需要進(jìn)行錄音訓(xùn)練可直接使用，該技術(shù)無需使用者提前進(jìn)行語(yǔ)音訓(xùn)練就可以完成語(yǔ)音識(shí)別，用戶體驗(yàn)更好，同時(shí)識(shí)別準(zhǔn)確度依然可以保持高水平。語(yǔ)音模塊具有可動(dòng)態(tài)編輯的識(shí)別關(guān)鍵詞語(yǔ)列表：只要把識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)以字符串的形式傳進(jìn)芯片，就可以在下次識(shí)別中即刻生效。
[0014]腦電波采集與處理模塊3，獲取殘疾人用以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢精細(xì)進(jìn)行控制的腦電波信號(hào)；所述腦電波采集與處理模塊具有兩個(gè)分別連接于殘疾人前額和耳垂的用于采集腦電波的傳感器，處理并輸出腦波頻率譜、腦電信號(hào)質(zhì)量、原始腦電波和三個(gè)eSense參數(shù)：專注度、放松度和眨眼偵測(cè)。
[0015]壓力采集模塊4，設(shè)置于假肢末端，用于采集假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值；該壓力采集模塊采用聚合體薄膜力敏電阻材料制成的貼片式傳感器。聚合體薄膜力敏電阻材料對(duì)作用于其表面的正壓力十分敏感，電阻值隨著作用于表面的壓力增大而減小，在IOOOOg壓力作用范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。
[0016]感知反饋模塊5，設(shè)置于殘疾人的殘肢部，根據(jù)假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值產(chǎn)生電流信號(hào)對(duì)殘肢部進(jìn)行刺激，使得殘疾人實(shí)時(shí)修正自己的腦電波信號(hào)；所述感知反饋模塊包括互相連接的貼片電極和電子脈沖驅(qū)動(dòng)電路，所述貼片電極貼附于使用者的殘肢部，所述電子脈沖驅(qū)動(dòng)電路接收控制模塊發(fā)送的相應(yīng)控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制信號(hào)從而驅(qū)使貼片電極產(chǎn)生相應(yīng)的刺激電流。
[0017]控制模塊6，接收所述語(yǔ)音信號(hào)、腦電波信號(hào)，形成控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成假肢動(dòng)作的控制指令；接收所述實(shí)時(shí)壓力值，形成控制感知反饋模塊對(duì)殘肢部產(chǎn)生刺激電流的控制指令。所述腦電波采集與處理模塊還連接有用以實(shí)現(xiàn)與控制模塊之間進(jìn)行無線通信的藍(lán)牙接口和模塊。
[0018]控制模塊具體由主控制芯片、數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)單元、通信模塊、接口模塊組成?？刂颇K通過接口模塊同時(shí)采集語(yǔ)音采集識(shí)別系統(tǒng)的語(yǔ)音指令和腦電波采集識(shí)別模塊的腦電波數(shù)據(jù)，以這兩種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)形成驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)(舵機(jī)）運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)義肢的動(dòng)作。
[0019]控制模塊采集語(yǔ)音信號(hào)的命令實(shí)現(xiàn)義肢動(dòng)作轉(zhuǎn)換、大尺度移動(dòng)和鎖定等動(dòng)作，這類動(dòng)作采用開環(huán)控制方式，反饋模塊不參與工作。
[0020]控制模塊采集腦電波數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)義肢末端小尺度動(dòng)作的控制，由腦電波數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)義肢的“精確”動(dòng)作以及“握力”大小等的調(diào)整。同時(shí)控制模塊將義肢末端壓力傳感數(shù)值通過反饋模塊傳遞給使用者，使用者可以根據(jù)電極的“刺激”大小來調(diào)整腦電信號(hào)，完成“精確”動(dòng)作及“握力”大小的調(diào)整。這種小尺度控制采用閉環(huán)控制方式工作。
[0021]本發(fā)明使得假肢使用者完全可以按照自己的真實(shí)意圖去操控假肢，并能夠?qū)崟r(shí)的獲知假肢末端的觸控壓力大小，便于及時(shí)調(diào)整自己的控制意圖，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操控的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，包括與殘疾人的殘肢部連接且具有動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的假肢，其特征在于還包括: 語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊，采集殘疾人用以實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢動(dòng)作轉(zhuǎn)換、大尺度移動(dòng)和鎖定動(dòng)作進(jìn)行控制的語(yǔ)音信號(hào)； 腦電波采集與處理模塊，獲取殘疾人用以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢精細(xì)進(jìn)行控制的腦電波信號(hào); 壓力采集模塊，設(shè)置于假肢末端，用于采集假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值； 感知反饋模塊，設(shè)置于殘疾人的殘肢部，根據(jù)假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值產(chǎn)生電流信號(hào)對(duì)殘肢部進(jìn)行刺激，使得殘疾人實(shí)時(shí)修正自己的腦電波信號(hào)； 控制模塊，接收所述語(yǔ)音信號(hào)、腦電波信號(hào)，形成控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成假肢動(dòng)作的控制指令；接收所述實(shí)時(shí)壓力值，形成控制感知反饋模塊對(duì)殘肢部產(chǎn)生刺激電流的控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其特征在于，所述腦電波采集與處理模塊具有兩個(gè)分別連接于殘疾人前額和耳垂的用于采集腦電波的傳感器，處理并輸出腦波頻率譜、腦電信號(hào)質(zhì)量、原始腦電波和三個(gè)eSense參數(shù):專注度、放松度和眨眼偵測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其特征在于，所述腦電波采集與處理模塊還連接有用以實(shí)現(xiàn)與控制模塊之間進(jìn)行無線通信的藍(lán)牙接口和模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其特征在于，所述語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊采用非特定人單芯片語(yǔ)音識(shí)別芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力采集模塊采用聚合體薄膜力敏電阻材料制成的貼片式傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其特征在于，所述感知反饋模塊包括互相連接的貼片電極和電子脈沖驅(qū)動(dòng)電路，所述貼片電極貼附于使用者的殘肢部，所述電子脈沖驅(qū)動(dòng)電路接收控制模塊發(fā)送的相應(yīng)控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制信號(hào)從而驅(qū)使貼片電極產(chǎn)生相應(yīng)的刺激電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，其特征在于，控制模塊由主控制芯片、數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)單元、通信模塊、接口模塊組成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶有感知反饋功能的假肢系統(tǒng)，包括與殘疾人的殘肢部連接且具有動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的假肢以及：語(yǔ)音信號(hào)采集與處理模塊；腦電波采集與處理模塊；壓力采集模塊，用于采集假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值；感知反饋模塊，根據(jù)假肢末端的實(shí)時(shí)壓力值產(chǎn)生電流信號(hào)對(duì)殘肢部進(jìn)行刺激，使得殘疾人實(shí)時(shí)修正自己的腦電波信號(hào)；控制模塊，接收所述語(yǔ)音信號(hào)、腦電波信號(hào)，形成控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成假肢動(dòng)作的控制指令；接收所述實(shí)時(shí)壓力值，形成控制感知反饋模塊對(duì)殘肢部產(chǎn)生刺激電流的控制指令。本發(fā)明使得假肢使用者完全可以按照自己的真實(shí)意圖去操控假肢，并能夠?qū)崟r(shí)的獲知假肢末端的觸控壓力大小，便于及時(shí)調(diào)整自己的控制意圖，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操控的目的。
【IPC分類】A61F2-50, A61F2-70, A61F2-72
【公開號(hào)】CN104825256
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510215646
【發(fā)明人】喬杰, 李致金, 郝一飛, 周媛
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日