CN103385772B - 一种肌电假手 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种肌电假手，用于有效防止噪声污染干扰正常肌电传输，同时减少整体体积，使得整个假手更为美观。为了实现所述目的，本发明一种肌电假手，包括连接手掌的前臂，所述前臂上安装有8枚电极，每个电极均包括盒体以及安装在盒体上的拾电电极片，所述盒体为塑料盒，盒体连接拾电电极一侧设有铜、锂、银合金层，盒内放置有由贴片器件组成的仪器放大电路，盒体外连接有外部引线，本发明利用支持向量机作为分类器采用欠驱动及耦合原理实现3个电机对15个关节的调控。实现如此强大功能的同时也避免了外界的电磁对假肢的干扰，确保在任意环境中均能安装稳定地使用。

Description

一种肌电假手

技术领域

本发明涉及一种假肢，尤其涉及一种肌电信号原理设计的肌电假手。

背景技术

肌电假手是利用人体的肌电信号进行控制的电动上肢假肢。目前国内已实用化的肌电手为单自由度、两自由度的前臂肌电假肢和两自由度、三自由度的上臂肌电假肢。

肌电假手是由截肢者的大脑神经支配残肢肌肉运动产生肌电信号，通过将肌电信号族大后用来控制微型电机，带动传动系统，来驱动假手按人的意志运动的一种体外力源上肢假肢。由于肌电假手的运动接受大脑指挥，它除了具有电动假手的长处外，还具有直感性强、控制灵活和使用方便等优点，是现代上肢假肢的发展方向。

现有技术中对于肌电假手也有各种研究。如现有技术中就有专利号为：CN201010196646.3的发明专利《一种具有实时调速功能的肌电假手控制方法》。该发明涉及一种具有实时调速功能的肌电假手控制方法，肌电信号拾取电极置于人体表皮，电极的肌电信号，经过前置放大电路放大后，信号进入信号预处理电路，预处理电路输出信号进入自增益电路，完成增益自动调节后，信号经A/D转换电路，进入MSP430微处理器，微处理器进行PWM信号占空比的确定后，输出占空比PWM信号到假手驱动电路，实现对假手速度进行实时调节，效果稳定，给使用者带来更大的便利。

但是与理论值有差异的是，由于表面肌电信号是一种非常微弱的生物电信号，一般为μV级，且极易受到噪声的污染。因此很多在工厂或者实际生活中使用都非常好的肌电假手，在一些特定的场合下会由于外界信号干扰导致无法正常使用。而且现有技术中对电极安装在手臂上的位置也不是很确定。现有技术中虽然也有降噪电路进行处理的技术方案，但是一则只能针对特定频段上常见的干扰进行降噪，同时也增加了电极装置的体积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种肌电假手，用于有效防止噪声污染干扰正常肌电传输，同时减少整体体积，使得整个假手更为美观。

为了实现所述目的，本发明一种肌电假手，包括包括连接手掌的前臂，所述前臂上安装有8枚电极，所述电极分别是设置在对应拇短伸肌、拇长伸肌交界处的拇指伸展电极T11，设置在拇长伸肌两侧的第一拇指弯曲电极T01，第二拇指弯曲电极T02，对应示指伸肌位置的食指伸展电极I11，位于指浅屈肌末梢两侧分别设有第一食指弯曲电极D1和第二食指弯曲电极D2，位于指伸肌位置设有三指伸展电极M11，在指浅屈肌末梢中央位置设有三指弯曲电极M01，每个电极均包括盒体以及安装在盒体上的拾电电极片，所述盒体为塑料盒，盒体连接拾电电极一侧设有铜、锂、银合金层，盒内放置有由贴片器件组成的仪器放大电路，盒体外连接有外部引线，所述拾电电极片为平行设置的纯铜片，纯铜片正中镶嵌有一块纯锂，电极片表面镀银，三个拾电电极片之间间隔1cm。

优选的，所述铜、锂、银合金层中铜87%-90%，银3-5%，其余为锂。

优选的，所述外部引线为低噪声信号线。这样的结构能提高信噪比。

优选的，所述电极均为无创型表面肌肤电极，电极外表面和前臂表面在同一平面上。这样的结构确保套上塑胶皮肤后整个手臂平整自然，没有凹凸感，看上去更为真实。

优选的，所述连接手掌的前臂外还套有绝缘塑胶皮肤，所述塑胶皮肤内设有金属编制细网。这样的结构能起到一定的屏蔽效果，屏蔽外界的信号。

综上，本发明利用支持向量机作为分类器,实现拇指、食指以及其余指的弯曲与伸展状态,抓取、捏取、全部伸展和放松状态共10种模式的自动检测,采用欠驱动及耦合原理实现3个电机对15个关节的调控。实现如此强大功能的同时也避免了外界的电磁对假肢的干扰，确保在任意环境中均能安装稳定地使用。

附图说明

图1是本发明一种肌电假手的正面整体结构示意图。

图2是本发明一种肌电假手的背面整体结构示意图。

图3本发明一种肌电假手的电极结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种肌电假手，包括包括连接手掌的前臂1，其特征在于：所述前臂1上安装有8枚电极，所述电极分别是设置在对应拇短伸肌、拇长伸肌交界处的拇指伸展电极T11，设置在拇长伸肌两侧的第一拇指弯曲电极T01，第二拇指弯曲电极T02，对应示指伸肌位置的食指伸展电极I11，位于指浅屈肌末梢两侧分别设有第一食指弯曲电极D1和第二食指弯曲电极D2，位于指伸肌位置设有三指伸展电极M11，在指浅屈肌末梢中央位置设有三指弯曲电极M01。如图3所示，每个电极均包括盒体2以及安装在盒体2上的拾电电极片3，所述盒体2为塑料盒，盒体2连接拾电电极一侧设有铜、锂、银合金层4，盒内放置有由贴片器件组成的仪器放大电路5，盒体2外连接有外部引线6，所述拾电电极片3为平行设置的纯铜片，纯铜片正中镶嵌有一块纯锂，电极片表面镀银，三个拾电电极片3之间间隔1cm。所述铜、锂、银合金层4中铜87%-90%，银3-5%，其余为锂。这样的配比能大大的增加电极感应生物信号的能力，对于收集有效信号起到线性的增长。所述外部引线6为低噪声信号线。所述电极均为无创型表面肌肤电极，电极外表面和前臂1表面在同一平面上。所述连接手掌的前臂1外还套有绝缘塑胶皮肤，所述塑胶皮肤内设有金属编制细网。

工作时，本发明通过拾电电极片3来拾取肌电信号。因此，拾电电极片3的设计会对信号的拾取有很大的影响。因此采用三个镀银嵌锂的铜电极，分别对应“+”、“GND”和“-”极，拾电电极片3之间间距为1cm，固定于长方形塑料盒的壳体2上并外露，盒体2内放置的小型电路板是由贴片器件组成的仪器放大电路5。在铜片基体里镶嵌锂，增加电极感应生物信号的能力，对于收集有效信号起到线性的增长。为了提高信噪比，外部引线6是低噪声信号线，外部引线6扁平的外形设计源于SEMG检测时能够保证拾电电极片3与皮肤的良好接触。盒体2布置的整体结构形式采用双极型，并在两个拾电电极片3“+”端和“-”端中间插入了一个参考端——GND端——以利于降低噪声，提高对共模信号的抑制能力。该结构设计考虑了多个因素，即整体外形尺寸相对较小，拾电电极片3之间间间距能够保证，避免间距过小影响信号检出，并且拾电电极片3本身也有足够大的面积与皮肤接触。肌电信号由两个拾电电极片3来检测，两个输入信号“相减”，去掉相同的“共模”成份，只放大不同的“差模”成份。任何噪声如果离检测点很远，在检测点上将表现为“共模”信号；而检测表面附近的信号表现为不同，将被放大。因此，相对较远处的电力线噪声将被消除，而相对比较近处的肌电信号将被放大。其准确性由共模抑制比CMRR来衡量,新型基体材料的加入能增加“共模”而使“差模”会放大。

此外，本发明在前臂处安放8枚电极,利用支持向量机作为分类器,实现拇指、食指以及其余指的弯曲与伸展状态,抓取、捏取、全部伸展和放松状态共10种模式的自动检测,采用欠驱动及耦合原理实现3个电机对15个关节的调控,能够根据所抓取物体的不同形状自适应的调节各关节的角度，提升假手肌电控制的灵巧度和功能性。本发明的结构具有5个手指,3个自由度——拇指、食指和其余指——采用欠驱动及耦合原理实现3个电机对15个关节的调控,能够根据所抓取物体的不同形状自适应的调节各关节的角度。在控制方面，手臂内部集成了肌电控制算法,使用双通道肌电信号作为控制源,4阶AR模型参数作为特征,基于LM算法的BP神经网络作为分类器,实现了拇指、食指及其余3指的控制。电极位置对EMG信号的识别具有决定性的影响，对应于拇指、食指以及其余指的伸展与弯曲,各自动作都会牵动操作者前臂处不同的肌肉或者肌肉群。因此，本项目在前臂处安放8枚无创型表面肌肤电极,利用支持向量机作为分类器,实现拇指、食指以及其余指的弯曲与伸展状态,抓取、捏取、全部伸展和放松状态共10种模式的自动检测,并建立相关的控制方法,将其应用于肌电假手之上,提升假手肌电控制的灵巧度和功能性。

Claims (5)

1.一种肌电假手，包括连接手掌的前臂(1)，其特征在于：所述前臂(1)上安装有8枚电极，所述电极分别是设置在对应拇短伸肌、拇长伸肌交界处的拇指伸展电极T11，设置在拇长伸肌两侧的第一拇指弯曲电极T01，第二拇指弯曲电极T02，对应食指伸肌位置的食指伸展电极I11，在指浅屈肌末梢两侧分别设有第一食指弯曲电极D1和第二食指弯曲电极D2，在指伸肌位置设有三指伸展电极M11，在指浅屈肌末梢中央位置设有三指弯曲电极M01，每个电极均包括盒体(2)以及安装在盒体(2)上的拾电电极片(3)，所述盒体(2)为塑料盒，盒体(2)连接拾电电极一侧设有铜、锂、银合金层(4)，盒内放置有由贴片器件组成的仪器放大电路(5)，盒体(2)外连接有外部引线(6)，所述拾电电极片(3)为平行设置的纯铜片，纯铜片正中镶嵌有一块纯锂，电极片表面镀银，三个拾电电极片(3)之间间隔1cm。

2.如权利要求1所述的一种肌电假手，其特征在于：所述铜、锂、银合金层(4)中铜87％-90％，银3-5％，其余为锂。

3.如权利要求1所述的一种肌电假手，其特征在于：所述外部引线(6)为低噪声信号线。

4.如权利要求1所述的一种肌电假手，其特征在于：所述电极均为无创型表面肌肤电极，电极外表面和前臂(1)表面在同一平面上。

5.如权利要求1-4其中任一所述的一种肌电假手，其特征在于：所述连接手掌的前臂(1)外还套有绝缘塑胶皮肤，所述塑胶皮肤内设有金属编制细网。