CN111759551A - 假肢智能控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种假肢智能控制系统及控制方法，所述假肢智能控制系统包括：电动假肢本体、姿态信号感应模块及控制模块；电动假肢本体包括驱动机构、假肢本体，所述驱动机构连接假肢本体，能驱动假肢本体动作；姿态信号感应模块用以感应设定第二部位的姿态信号；控制模块用以接收所述姿态信号感应模块发送的姿态信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。本发明提出的假肢智能控制系统及控制方法，可供残疾人员便捷地对假肢进行控制，提高控制的效率及精确度，提高生活的便捷性。

Description

假肢智能控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于假肢控制技术领域，涉及一种假肢控制系统，尤其涉及一种假肢智能控制系统及控制方法。
背景技术
随着科技的不断发展，为了方便残疾人的生活、工作，出现了电动假肢，可以通过感应使用者的生物信号，控制电动假肢的动作。
然而，现有针对电动假肢的控制，通常只能用切换的方式控制电动手、手腕或手肘，而不能同时控制上述三个对象；这样的控制方式比较繁琐，在一定程度上给使用电动假肢的高位截肢用户带来不便。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的假肢控制方式，以便克服现有假肢控制方式存在的上述至少部分缺陷。
发明内容
本发明提供一种假肢智能控制系统及控制方法，可供残疾人员便捷地对假肢进行控制，提高控制的效率及精确度，提高生活的便捷性。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种假肢智能控制系统，所述假肢智能控制系统包括：
电动假肢本体，包括驱动机构、假肢本体，所述驱动机构连接假肢本体，能驱动假肢本体动作；
肌电信号感应模块，用以感应设定第一部位的肌电信号；
姿态信号感应模块，用以感应设定第二部位的姿态信号；
控制模块，用以接收所述肌电信号感应模块及姿态信号感应模块发送的信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号；
所述肌电信号感应模块及控制模块设置于电动假肢本体，所述控制模块还连接有第一通讯模块；所述姿态信号感应模块连接有第二微处理器及第二无线通讯模块，所述第二微处理器连接第二通讯模块；所述姿态信号感应模块与所述控制模块能进行通讯；
所述电动假肢本体包括电动手臂本体，所述电动手臂本体包括上臂本体、电动肘关节部件、前臂本体、电动手腕部件及电动手；
所述电动肘关节部件分别连接上臂本体及前臂本体，所述前臂本体通过电动手腕部件连接电动手；
所述电动肘关节部件包括肘关节本体及肘关节驱动机构；所述肘关节驱动机构连接所述肘关节本体，能驱动肘关节本体执行设定动作；
所述电动手腕部件包括手腕本体及手腕驱动机构；所述手腕驱动机构连接所述手腕本体，能驱动手腕本体执行设定动作；
所述电动手包括手掌、五根手指及手指驱动机构；所述手指驱动机构连接对应手指，能驱动对应手指执行设定动作；
所述肌电信号感应模块用以感应与电动手臂本体连接部位的肌电信号；所述控制模块用以根据所述肌电信号感应模块感应的肌电信号控制所述手指驱动机构的驱动动作；
所述姿态信号感应模块用以感应足部或腿部的姿态信号；所述控制模块用以根据所述姿态信号感应模块感应的姿态信号控制所述手腕驱动机构或/和肘部驱动机构的驱动动作。
根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：
一种假肢智能控制系统，所述假肢智能控制系统包括：
电动假肢本体，包括驱动机构、假肢本体，所述驱动机构连接假肢本体，能驱动假肢本体动作；
姿态信号感应模块，用以感应设定第二部位的姿态信号；
控制模块，用以接收所述姿态信号感应模块发送的姿态信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
作为本发明的一种实施方式，所述假肢智能控制系统还包括肌电信号感应模块，用以感应设定第一部位的肌电信号；
所述控制模块用以接收所述肌电信号感应模块及姿态信号感应模块发送的信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
作为本发明的一种实施方式，所述肌电信号感应模块及控制模块设置于电动假肢本体，所述控制模块还连接有第一通讯模块；所述姿态信号感应模块连接有第二微处理器及第二无线通讯模块，所述第二微处理器连接第二通讯模块；所述姿态信号感应模块与所述控制模块能进行通讯。
作为本发明的一种实施方式，所述电动假肢本体包括电动手臂本体，所述电动手臂本体包括上臂本体、电动肘关节部件、前臂本体、电动手腕部件及电动手；
所述电动肘关节部件分别连接上臂本体及前臂本体，所述前臂本体通过电动手腕部件连接电动手；
所述电动肘关节部件包括肘关节本体及肘关节驱动机构；所述电动手腕部件包括手腕本体及手腕驱动机构。
作为本发明的一种实施方式，所述电动手包括手掌、五根手指及手指驱动机构；所述手指驱动机构连接对应手指，能驱动对应手指执行设定动作；
所述假肢智能控制系统还包括肌电信号感应模块，用以感应设定第一部位的肌电信号；
所述肌电信号感应模块用以感应与电动手臂本体连接部位的肌电信号；所述控制模块用以根据所述肌电信号感应模块感应的肌电信号控制所述手指驱动机构的驱动动作；
所述姿态信号感应模块用以感应足部或腿部的姿态信号；所述控制模块用以根据所述姿态信号感应模块感应的姿态信号控制所述手腕驱动机构或/和肘部驱动机构的驱动动作。
作为本发明的一种实施方式，所述电动假肢本体包括电动腿脚本体，所述电动腿脚本体包括大腿本体、电动膝关节部件、小腿本体、电动脚腕部件及电动脚；
所述电动膝关节部件分别连接大腿本体及小腿本体，所述小腿本体通过电动脚腕部件连接电动脚；
所述电动膝关节部件包括膝关节本体及膝关节驱动机构；所述电动脚腕部件包括脚腕本体及脚腕驱动机构。
根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：
一种假肢智能控制方法，所述假肢智能控制方法包括：
感应设定第二部位的姿态信号；
根据姿态信号生成相应的控制信号，并向电动假肢本体发送对应控制信号。
电动假肢本体中的驱动机构驱动假肢本体动作。
作为本发明的一种实施方式，所述假肢智能控制方法进一步包括：感应设定第一部位的肌电信号；根据获取的姿态信号或/和肌电信号形成控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
本发明的有益效果在于：本发明提出的假肢智能控制系统及控制方法，可供残疾人员便捷地对假肢进行控制，提高控制的效率及精确度，提高生活的便捷性。
附图说明
图1为本发明一实施例中假肢智能控制系统的组成示意图。
图2为本发明一实施例中假肢智能控制系统的组成示意图。
图3为本发明一实施例中假肢智能控制系统的组成示意图。
图4为本发明一实施例中电动假肢本体的结构示意图。
图5为本发明一实施例中假肢智能控制系统的组成示意图。
图6为本发明一实施例中假肢智能控制方法的原理图。
图7为本发明一实施例中俯仰轴、翻滚轴、偏航轴的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。
本发明揭示了一种假肢智能控制系统，图1至图3为本发明一实施例中假肢智能控制系统的组成示意图，图6为本发明一实施例中假肢智能控制方法的原理图；请参阅图1至图3，以及图6，所述假肢智能控制系统包括：电动假肢本体1、姿态信号感应模块2及控制模块3。所述电动假肢本体1包括驱动机构101、假肢本体102，所述驱动机构101连接假肢本体102，能驱动假肢本体102动作；所述姿态信号感应模块2用以感应设定第二部位的姿态信号；所述控制模块3用以接收所述姿态信号感应模块2发送的姿态信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体1发送对应控制信号。
在一实施例中，姿态信号感应模块2可以是多轴磁传感器，如可以是3轴磁传感器、6轴磁传感器、9轴磁传感器等等。
在本发明的一实施例中，所述假肢智能控制系统还包括肌电信号感应模块4，用以感应设定第一部位的肌电信号。所述控制模块3用以接收所述肌电信号感应模块4及姿态信号感应模块2发送的信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体1发送对应控制信号。
在本发明的一实施例中，所述肌电信号感应模块及控制模块设置于电动假肢本体，所述控制模块还连接有第一通讯模块；所述姿态信号感应模块连接有第二微处理器及第二无线通讯模块，所述第二微处理器连接第二通讯模块；所述姿态信号感应模块与所述控制模块能进行通讯。电动假肢本体设有电池，姿态信号感应模块连有电池。
在一实施例中，电动假肢本体包括电动手臂(含手部)，电动手臂可以安装在残疾人残存的肘关节处(对于肘关节全部损伤的情况，可以设置于人体肩膀侧)；通过本发明方案可以控制电动手臂的动作。如可以通过腿部或/和脚部上设置姿态传感器，用来感应腿部或/和脚部姿态信号，从而控制电动手臂的动作；通过人体手臂处设置肌电传感器，用来接收人体手臂(或肩部，也可以是其他部位)部位的肌电信号，从而能控制电动手的动作。
图4为本发明一实施例中电动假肢本体的结构示意图，图5为本发明一实施例中假肢智能控制系统的组成示意图；请参阅图4、图5，在本发明的一实施例中，所述电动假肢本体1包括电动手臂本体11，所述电动手臂本体11包括上臂本体111、电动肘关节部件112、前臂本体113、电动手腕部件114及电动手115。
所述电动肘关节部件112分别连接上臂本体111及前臂本体113，所述前臂本体113通过电动手腕部件114连接电动手115。所述电动肘关节部件112包括肘关节本体1121及肘关节驱动机构1122；所述肘关节驱动机构1122连接所述肘关节本体1121，能驱动肘关节本体1121执行设定动作。
所述电动手腕部件114包括手腕本体1141及手腕驱动机构1142；所述手腕驱动机构1142连接所述手腕本体1141，能驱动手腕本体1141执行设定动作。此外，上臂本体111还可以设置手臂旋转部件116，能驱动上臂本体111旋转；手臂旋转部件116包括手臂驱动机构1161及手臂旋转传动部件1162。
所述电动手115包括手掌1151、五根手指1152及手指驱动机构1153；所述手指驱动机构1153连接对应手指1152，能驱动对应手指1152执行设定动作。
在本发明的一实施例中，所述肌电信号感应模块4用以感应与电动手臂本体11连接部位的肌电信号；所述控制模块用以根据所述肌电信号感应模块感应的肌电信号控制所述手指驱动机构的驱动动作。上述连接部位可以是使用人员与电动假肢本体连接的部位，如可以是手臂，也可以是肩部。当然，感应的部位也不限定为连接部位，可以是使用者的任意部位；甚至是其他人员的设定部位。
在本发明的一实施例中，所述姿态信号感应模块2用以感应足部或腿部的姿态信号；所述控制模块3用以根据所述姿态信号感应模块2感应的姿态信号控制所述手腕驱动机构1142或/和肘关节驱动机构1122的驱动动作。
在本发明的一实施例中，所述电动假肢本体包括电动腿脚本体，所述电动腿脚本体包括大腿本体、电动膝关节部件、小腿本体、电动脚腕部件及电动脚；所述电动膝关节部件分别连接大腿本体及小腿本体，所述小腿本体通过电动脚腕部件连接电动脚；所述电动膝关节部件包括膝关节本体及膝关节驱动机构；所述电动脚腕部件包括脚腕本体及脚腕驱动机构。电动脚包括脚趾及脚趾驱动机构。
在一实施例中，电动腿脚本体可以安装在残疾人残存的腿部；通过本发明方案可以控制电动膝关节部件及电动脚腕部件的动作；如可以通过手臂上设置姿态传感器，用来感应手臂姿态信号，从而控制电动膝关节部件及电动脚腕部件的动作；通过人体腿部(也可以是其他部位)设置肌电传感器，用来接收人体腿部(也可以是其他部位)的肌电信号，从而能控制电动脚的动作。
在本发明的一实施例中，所述控制模块根据姿态信号感应模块感应的设定部位(如腿部、脚部等)的姿态信号控制电动假肢本体的设定驱动机构动作，可以控制手指驱动机构动作，可以控制肘关节驱动机构或/和手腕驱动机构动作，也可以控制手指驱动机构、肘关节驱动机构及手腕驱动机构动作；或者，可以控制电动脚的驱动机构动作，可以控制膝关节驱动机构或/和脚腕驱动机构动作，也可以控制电动脚的驱动机构、膝关节驱动机构及脚腕驱动机构动作。
在本发明的一实施例中，所述控制模块根据姿态信号感应模块感应的设定部位(如腿部、脚部等)的姿态信号及肌电信号感应模块感应的设定部位(如手臂处)的肌电信号控制电动假肢本体的设定驱动机构动作，可以控制电动手的驱动机构动作，可以控制肘关节驱动机构或/和手腕驱动机构动作，也可以控制电动手的驱动机构肘关节驱动机构及手腕驱动机构动作。或者，也可以通过类似方法控制电动脚的驱动机构动作，可以控制电动腿的驱动机构动作，也可以控制电动脚的驱动机构及电动腿的驱动机构动作。
在控制模块进行动作识别前，需要对控制动作及控制内容进行设定；也可以由系统预先进行初始化设定。
本发明还揭示一种假肢智能控制方法，所述假肢智能控制方法包括：
感应设定第二部位的姿态信号；
根据姿态信号生成相应的控制信号，并向电动假肢本体发送对应控制信号。
电动假肢本体中的驱动机构驱动假肢本体动作。
在本发明的一实施例中，所述假肢智能控制方法进一步包括：感应设定第一部位的肌电信号；根据获取的姿态信号或/和肌电信号形成控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
在本发明的一种使用场景下，在进行控制时，首先需要触发控制操作，可以根据需要设定触发动作，如可以是做2～N次的绕设定触发轴旋转的动作。触发动作后，可以通过提示音/灯提示。在触发后，通过检测围绕控制轴的转动来判断信号并输出；退回到触发时的姿态附近，停止输出信号。在不需要控制时，可通过设定动作停止触发(如可以是做2～N次的绕设定控制轴旋转的动作)；或者，检测到没有控制信号输出状态超过设定时间，系统可以自动退出控制状态。其中，触发轴和两个控制轴可以选择俯仰轴、翻滚轴、偏航轴3个轴的任意一个尚未被选用的，只要不重复即可。俯仰轴、翻滚轴、偏航轴为姿态识别领域的现有知识，可参考图7的描述，这里不做赘述。
综上所述，本发明提出的假肢智能控制系统及控制方法，可供残疾人员便捷地对假肢进行控制，提高控制的效率及精确度，提高生活的便捷性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种假肢智能控制系统，其特征在于，所述假肢智能控制系统包括：
电动假肢本体，包括驱动机构、假肢本体，所述驱动机构连接假肢本体，能驱动假肢本体动作；
肌电信号感应模块，用以感应设定第一部位的肌电信号；
姿态信号感应模块，用以感应设定第二部位的姿态信号；
控制模块，用以接收所述肌电信号感应模块及姿态信号感应模块发送的信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号；
所述肌电信号感应模块及控制模块设置于电动假肢本体，所述控制模块还连接有第一通讯模块；所述姿态信号感应模块连接有第二微处理器及第二无线通讯模块，所述第二微处理器连接第二通讯模块；所述姿态信号感应模块与所述控制模块能进行通讯；
所述电动假肢本体包括电动手臂本体，所述电动手臂本体包括上臂本体、电动肘关节部件、前臂本体、电动手腕部件及电动手；
所述电动肘关节部件分别连接上臂本体及前臂本体，所述前臂本体通过电动手腕部件连接电动手；
所述电动肘关节部件包括肘关节本体及肘关节驱动机构；所述肘关节驱动机构连接所述肘关节本体，能驱动肘关节本体执行设定动作；
所述电动手腕部件包括手腕本体及手腕驱动机构；所述手腕驱动机构连接所述手腕本体，能驱动手腕本体执行设定动作；
所述电动手包括手掌、五根手指及手指驱动机构；所述手指驱动机构连接对应手指，能驱动对应手指执行设定动作；
所述肌电信号感应模块用以感应与电动手臂本体连接部位的肌电信号；所述控制模块用以根据所述肌电信号感应模块感应的肌电信号控制所述手指驱动机构的驱动动作；
所述姿态信号感应模块用以感应足部或腿部的姿态信号；所述控制模块用以根据所述姿态信号感应模块感应的姿态信号控制所述手腕驱动机构或/和肘部驱动机构的驱动动作。
2.一种假肢智能控制系统，其特征在于，所述假肢智能控制系统包括：
电动假肢本体，包括驱动机构、假肢本体，所述驱动机构连接假肢本体，能驱动假肢本体动作；
姿态信号感应模块，用以感应设定第二部位的姿态信号；
控制模块，用以接收所述姿态信号感应模块发送的姿态信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
3.根据权利要求2所述的假肢智能控制系统，其特征在于：
所述假肢智能控制系统还包括肌电信号感应模块，用以感应设定第一部位的肌电信号；
所述控制模块用以接收所述肌电信号感应模块及姿态信号感应模块发送的信号，并以此生成相应的控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
4.根据权利要求3所述的假肢智能控制系统，其特征在于：
所述肌电信号感应模块及控制模块设置于电动假肢本体，所述控制模块还连接有第一通讯模块；
所述姿态信号感应模块连接有第二微处理器及第二无线通讯模块，所述第二微处理器连接第二通讯模块；所述姿态信号感应模块与所述控制模块能进行通讯。
5.根据权利要求2所述的假肢智能控制系统，其特征在于：
所述电动假肢本体包括电动手臂本体，所述电动手臂本体包括上臂本体、电动肘关节部件、前臂本体、电动手腕部件及电动手；
所述电动肘关节部件分别连接上臂本体及前臂本体，所述前臂本体通过电动手腕部件连接电动手；
所述电动肘关节部件包括肘关节本体及肘关节驱动机构；所述电动手腕部件包括手腕本体及手腕驱动机构。
6.根据权利要求5所述的假肢智能控制系统，其特征在于：
所述电动手包括手掌、五根手指及手指驱动机构；所述手指驱动机构连接对应手指，能驱动对应手指执行设定动作；
所述假肢智能控制系统还包括肌电信号感应模块，用以感应设定第一部位的肌电信号；
所述肌电信号感应模块用以感应与电动手臂本体连接部位的肌电信号；所述控制模块用以根据所述肌电信号感应模块感应的肌电信号控制所述手指驱动机构的驱动动作；
所述姿态信号感应模块用以感应足部或腿部的姿态信号；所述控制模块用以根据所述姿态信号感应模块感应的姿态信号控制所述手腕驱动机构或/和肘部驱动机构的驱动动作。
7.根据权利要求2所述的假肢智能控制系统，其特征在于：
所述电动假肢本体包括电动腿脚本体，所述电动腿脚本体包括大腿本体、电动膝关节部件、小腿本体、电动脚腕部件及电动脚；
所述电动膝关节部件分别连接大腿本体及小腿本体，所述小腿本体通过电动脚腕部件连接电动脚；
所述电动膝关节部件包括膝关节本体及膝关节驱动机构；所述电动脚腕部件包括脚腕本体及脚腕驱动机构。
8.一种假肢智能控制方法，其特征在于，所述假肢智能控制方法包括：
感应设定第二部位的姿态信号；
根据姿态信号生成相应的控制信号，并向电动假肢本体发送对应控制信号。
电动假肢本体中的驱动机构驱动假肢本体动作。
9.根据权利要求8所述的假肢智能控制方法，其特征在于：
所述假肢智能控制方法进一步包括：感应设定第一部位的肌电信号；根据获取的姿态信号或/和肌电信号形成控制信号，并向所述电动假肢本体发送对应控制信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114748224A (zh) * 2022-04-24 2022-07-15 中国科学院沈阳自动化研究所 一种包含肘关节的可穿戴前臂智能假肢

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