一種帶有感知反饋功能的假肢系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及假肢領域，尤其為一種帶有感知反饋功能的假肢系統。
【背景技術】
[0002]目前，人形義肢在市場上已有各種成熟產品銷售，其中包括了一些具有簡單功能的智能義肢。這些產品多數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單功能的智能義肢，這部分義肢僅僅采集簡單的肌電信號，利用殘肢肌肉的緊張與松弛來控制義肢完成簡單的抓取和放下動作。該類義肢僅能幫助殘障人士完成一些簡單粗暴的大尺度動作，無法幫助殘障人士完成日常生活中大量的精細化動作。當前一些研宄機構的最新研宄方向將語音和腦電信號引入義肢控制系統，這類義肢通過語音信號和腦電信號控制義肢的動作，相較肌電控制義肢，動作更為靈活多樣，操作更為精細。但該類設備的一個重要缺陷是采用了開環控制方式，殘障人士在使用這類義肢時，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給義肢使用者，使使用者獲取了與真實肢體類似的“觸感”。通過這種閉環反饋控制系統，義肢使用者完全可以按照自己的真實意圖去操控義肢，并能夠實時的獲知義肢末端的觸控壓力大小，便于及時調整自己的控制意圖，實現精細操控的目的。

【發明內容】

[0003]本發明目的在于解決現有的假肢系統不能完成精細化動作的問題，提供了一種帶有感知反饋功能的假肢系統，具體由以下技術方案實現:
[0004]一種帶有感知反饋功能的假肢系統，包括與殘疾人的殘肢部連接且具有動作執行機構的假肢，還包括:
[0005]語音信號采集與處理模塊，采集殘疾人用以實現對假肢動作轉換、大尺度移動和鎖定動作進行控制的語音信號；
[0006]腦電波采集與處理模塊，獲取殘疾人用以實現實現對假肢精細進行控制的腦電波信號;
[0007]壓力采集模塊，設置于假肢末端，用于采集假肢末端的實時壓力值；
[0008]感知反饋模塊，設置于殘疾人的殘肢部，根據假肢末端的實時壓力值產生電流信號對殘肢部進行刺激，使得殘疾人實時修正自己的腦電波信號；
[0009]控制模塊，接收所述語音信號、腦電波信號，形成控制動作執行機構完成假肢動作的控制指令；接收所述實時壓力值，形成控制感知反饋模塊對殘肢部產生刺激電流的控制指令。
[0010]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其進一步設計在于，所述腦電波采集與處理模塊具有兩個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、腦電信號質量、原始腦電波和三個eSense參數:專注度、放松度和眨眼偵測。
[0011]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其進一步設計在于，所述腦電波采集與處理模塊還連接有用以實現與控制模塊之間進行無線通信的藍牙接口和模塊。
[0012]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其進一步設計在于，所述語音信號采集與處理模塊采用非特定人單芯片語音識別芯片。
[0013]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其進一步設計在于，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。
[0014]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其進一步設計在于，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動電路，所述貼片電極貼附于使用者的殘肢部，所述電子脈沖驅動電路接收控制模塊發送的相應控制信號并將其轉換為頻率調制信號從而驅使貼片電極產生相應的刺激電流。
[0015]所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其進一步設計在于，控制模塊由主控制芯片、數據程序存儲單元、通信模塊、接口模塊組成。
[0016]本發明使得假肢使用者完全可以按照自己的真實意圖去操控假肢，并能夠實時的獲知假肢末端的觸控壓力大小，便于及時調整自己的控制意圖，實現精細操控的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的實施例結構示意圖。
[0018]圖2為本發明的原理實現框圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合說明書附圖以及實施例對本發明進行進一步說明:
[0020]如圖所示，該帶有感知反饋功能的假肢系統包括與殘疾人的殘肢部7連接且具有動作執行機構的假肢1，還包括:
[0021]語音信號采集與處理模塊2，采集殘疾人用以實現對假肢動作轉換、大尺度移動和鎖定動作進行控制的語音信號；該語音信號采集與處理模塊采用非特定人單芯片語音識別芯片不需任何外接輔助Flash和RAM，并且內置高精度A/D、D/A通道:不需外接AD芯片，麥克風可直接接在芯片AD引腳上，模塊的集成度高，功耗低，適合便攜式佩戴。不需要進行錄音訓練可直接使用，該技術無需使用者提前進行語音訓練就可以完成語音識別，用戶體驗更好，同時識別準確度依然可以保持高水平。語音模塊具有可動態編輯的識別關鍵詞語列表:只要把識別的關鍵詞語以字符串的形式傳進芯片，就可以在下次識別中即刻生效。
[0022]腦電波采集與處理模塊3，獲取殘疾人用以實現實現對假肢精細進行控制的腦電波信號；所述腦電波采集與處理模塊具有兩個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、腦電信號質量、原始腦電波和三個eSense參數:專注度、放松度和眨眼偵測。
[0023]壓力采集模塊4，設置于假肢末端，用于采集假肢末端的實時壓力值；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1000g壓力作用范圍內具有良好的線性關系。
[0024]感知反饋模塊5，設置于殘疾人的殘肢部，根據假肢末端的實時壓力值產生電流信號對殘肢部進行刺激，使得殘疾人實時修正自己的腦電波信號；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動電路，所述貼片電極貼附于使用者的殘肢部，所述電子脈沖驅動電路接收控制模塊發送的相應控制信號并將其轉換為頻率調制信號從而驅使貼片電極產生相應的刺激電流。
[0025]控制模塊6，接收所述語音信號、腦電波信號，形成控制動作執行機構完成假肢動作的控制指令；接收所述實時壓力值，形成控制感知反饋模塊對殘肢部產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現與控制模塊之間進行無線通信的藍牙接口和模塊。
[0026]控制模塊具體由主控制芯片、數據程序存儲單元、通信模塊、接口模塊組成。控制模塊通過接口模塊同時采集語音采集識別系統的語音指令和腦電波采集識別模塊的腦電波數據，以這兩種數據為基礎形成驅動數據控制動作執行機構(舵機)運動，實現義肢的動作。
[0027]控制模塊采集語音信號的命令實現義肢動作轉換、大尺度移動和鎖定等動作，這類動作采用開環控制方式，反饋模塊不參與工作。
[0028]控制模塊采集腦電波數據實現對義肢末端小尺度動作的控制，由腦電波數據來實現義肢的“精確”動作以及“握力”大小等的調整。同時控制模塊將義肢末端壓力傳感數值通過反饋模塊傳遞給使用者，使用者可以根據電極的“刺激”大小來調整腦電信號，完成“精確”動作及“握力”大小的調整。這種小尺度控制采用閉環控制方式工作。
[0029]本發明使得假肢使用者完全可以按照自己的真實意圖去操控假肢，并能夠實時的獲知假肢末端的觸控壓力大小，便于及時調整自己的控制意圖，實現精細操控的目的。
【主權項】
1.一種帶有感知反饋功能的假肢系統，包括與殘疾人的殘肢部連接且具有動作執行機構的假肢，其特征在于還包括: 語音信號采集與處理模塊，采集殘疾人用以實現對假肢動作轉換、大尺度移動和鎖定動作進行控制的語音信號； 腦電波采集與處理模塊，獲取殘疾人用以實現實現對假肢精細進行控制的腦電波信號; 壓力采集模塊，設置于假肢末端，用于采集假肢末端的實時壓力值； 感知反饋模塊，設置于殘疾人的殘肢部，根據假肢末端的實時壓力值產生電流信號對殘肢部進行刺激，使得殘疾人實時修正自己的腦電波信號； 控制模塊，接收所述語音信號、腦電波信號，形成控制動作執行機構完成假肢動作的控制指令；接收所述實時壓力值，形成控制感知反饋模塊對殘肢部產生刺激電流的控制指令。2.根據權利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其特征在于，所述腦電波采集與處理模塊具有兩個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、腦電信號質量、原始腦電波和三個eSense參數:專注度、放松度和眨眼偵測。3.根據權利要求2所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其特征在于，所述腦電波采集與處理模塊還連接有用以實現與控制模塊之間進行無線通信的藍牙接口和模塊。4.根據權利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其特征在于，所述語音信號采集與處理模塊采用非特定人單芯片語音識別芯片。5.根據權利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，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.根據權利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，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動電路，所述貼片電極貼附于使用者的殘肢部，所述電子脈沖驅動電路接收控制模塊發送的相應控制信號并將其轉換為頻率調制信號從而驅使貼片電極產生相應的刺激電流。7.根據權利要求1所述的帶有感知反饋功能的假肢系統，其特征在于，控制模塊由主控制芯片、數據程序存儲單元、通信模塊、接口模塊組成。
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶有感知反饋功能的假肢系統，包括與殘疾人的殘肢部連接且具有動作執行機構的假肢以及：語音信號采集與處理模塊；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時壓力值；感知反饋模塊，根據假肢末端的實時壓力值產生電流信號對殘肢部進行刺激，使得殘疾人實時修正自己的腦電波信號；控制模塊，接收所述語音信號、腦電波信號，形成控制動作執行機構完成假肢動作的控制指令；接收所述實時壓力值，形成控制感知反饋模塊對殘肢部產生刺激電流的控制指令。本實用新型使得假肢使用者完全可以按照自己的真實意圖去操控假肢，并能夠實時的獲知假肢末端的觸控壓力大小，便于及時調整自己的控制意圖，實現精細操控的目的。
【IPC分類】A61F2/70, A61F2/72, A61F2/50
【公開號】CN204636626
【申請號】CN201520274001
【發明人】喬杰, 李致金, 郝一飛, 周媛
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年4月30日