CN117817702A - 仿生手及其手指的渐变式控制方法、控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了仿生手手指的渐变式控制方法，该控制方法包括：接收肌电信号时，控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度；肌电信号每持续预设时长时，控制手指弯曲预设角度。本发明公开的仿生手手指的渐变式控制方法解决了仿生手的手指难以控制压感操作的问题。此外，本发明还公开一种控制设备及仿生手。

Description

仿生手及其手指的渐变式控制方法、控制设备

技术领域

本发明涉及仿生手技术领域，特别涉及一种仿生手及其手指的渐变式控制方法、控制设备。

背景技术

现有的仿生手各个手指由独立的驱动马达控制屈伸，手指的弯曲角度由控制屈伸的肌电信号决定，当肌电信号结束后，手指自动还原到张开位置。

然而，现有仿生手难以根据残肢的肌电信号调整仿生手的手指弯曲，从而无法完成特殊的压感控制，例如：按压按键之后，持续施加压力来调节音量等操作。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种仿生手及其手指的渐变式控制方法、控制设备，旨在解决仿生手的手指难以控制压感操作的问题。

为实现上述目的，本发明的一方面提供了一种仿生手手指的渐变式控制方法，应用于仿生手，仿生手包括若干手指，该仿生手手指的渐变式控制方法包括：

根据所接收的肌电信号，控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度；

当肌电信号的接收时长每达到一阈值时，控制手指弯曲对应的预设角度。

在一些实施例中，根据所接收的肌电信号，控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度之前，还包括：

判断肌电信号的接收时长是否达到有效时长；

若肌电信号的接收时长达到有效时长，则判断肌电信号为有效信号，并控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度；

若肌电信号的接收时长未达到有效时长，则判断肌电信号为无效信号，使手指维持初始状态。

在一些实施例中，若肌电信号在肌电信号的接收时长达到任一阈值之前中断，则控制手指恢复初始状态。

在一些实施例中，手指弯曲初始角度的弯曲速度大于手指弯曲预设角度的弯曲速度。

在一些实施例中，若手指从初始状态弯曲至最大弯曲角度，则控制手指停止弯曲。

在一些实施例中，根据所接收的肌电信号，控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度之前，还包括：

根据接收的触发信号控制仿生手进入对应的场景模式，每个手指分别具有对应不同场景模式的初始角度和预设角度。

在一些实施例中，根据所接收的肌电信号，控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度包括：

判断所接收的肌电信号是否与场景模式匹配；

若肌电信号与场景模式匹配，则控制与肌电信号对应的手指弯曲一初始角度。

在一些实施例中，当肌电信号的接收时长每达到一阈值时，控制手指弯曲对应的预设角度包括：

根据场景模式获取与当前达到的阈值对应的预设角度。

控制手指弯曲预设角度。

本发明的另一方面提供了一种控制设备，该控制设备包括：

存储器，用于存储计算机可执行的指令；以及

处理器，用于执行计算机可执行的指令以实现如上所述的仿生手手指的渐变式控制方法。

本发明的又一方面提供了一种仿生手，该仿生手包括仿生手主体、肌电信号的采集设备和如上所述的控制设备，控制设备用于根据采集设备采集残肢的肌电信号控制仿生手主体的手指。

在本发明的技术方案中，当仿生手收到残肢的肌电信号后，根据预先调整的设置从初始状态弯曲初始角度，以此使用户完成想执行的基本操作。在基本操作完成后，当前的肌电信号每持续预设时长时，将渐变地控制手指多次弯曲第二角度，以此使用户根据肌电信号的持续时间渐变地完成基于基本操作的后续操作，从而使用户能够执行压感控制等较复杂的操作。而且，在控制手指的过程中时刻监测肌电信号的接收接收状况，以此根据用户需求及时恢复至初始状态，以准备执行下一个操作。

附图说明

图1为本发明实施例的仿生手的结构示意图；

图2为本发明实施例的仿生手手指的渐变式控制方法的流程图；

图3为本发明另一实施例的仿生手手指的渐变式控制方法的流程图；

图4为本发明又一实施例的仿生手手指的渐变式控制方法的流程图；

图5为本发明实施例的控制设备的结构示意图；

图6为本发明实施例的仿生手的模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、侧……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

针对相关技术中存在的技术缺陷，如图1所示，本实施例提供了仿生手，该仿生手1包括若干手指21、接收腔30以及控制设备10。仿生手1通过接收腔30固定于佩戴者的残肢上，接收腔30的腔壁与佩戴者的残肢肌肉相贴合。仿生手1在接收腔30的腔壁上设置有多个肌电电极(图未示)，肌电电极用于采集肌肉产生的肌电信号，控制设备10与肌电电极电性连接且能接收肌电电极采集的肌电信号。

继续参照图2所示，图2为本实施例仿生手的控制方法的流程图。本实施例中，控制设备10用于执行图2中所示的仿生手的控制方法，以控制手指21的屈伸活动。控制设备10的相关功能可以由一个设备实现，也可以由多个设备共同实现，还可以是由一个设备内的一个或多个功能模块实现，在此不作具体限定。可以理解的是，上述功能既可以是硬件设备中的网络元件，也可以是在专用硬件上运行的软件功能，或者是硬件与软件的结合，或者是平台(例如，云平台)上实例化的虚拟化功能。

在本实施例中，仿生手手指的渐变式控制方法具体包括如下步骤。

步骤S102、根据所接收的肌电信号，控制与该肌电信号对应的手指弯曲一初始角度。

本实施例中，控制设备10能够接收肌电电极采集的肌电信号，之后控制与当前接收的肌电信号对应的手指21，使该手指21从初始状态弯曲初始角度。初始状态可以理解为，手指21在常态下的状态，例如：初始状态下手指21可以是伸展状态，也可以是稍微弯曲的状态。当然，初始状态是根据实际需要预先设定的，所以不同手指21之间的初始状态可以相同，也可以不同。初始状态可以由佩戴者根据使用习惯或者个人偏好预先设置，也可以由多次训练提取对应的肌电信号和弯曲度数据等分析生成，在此不做限定。

初始角度是收到肌电信号的时刻，手指21在控制设备10的控制作用下执行的弯曲角度。需要说明的是，在本实施例中，手指21从初始状态弯曲初始角度即可完成用户想执行的基本操作(如夹持手机等)。初始角度也是根据实际需要预先设定的，所以不同手指21之间的初始角度可以相同，也可以不同。初始角度可以由佩戴者根据使用习惯或者个人偏好预先设置，也可以由多次训练提取对应的肌电信号和弯曲度数据等分析生成，在此不做限定。

执行步骤S102后，根据当前肌电信号的持续时间，对于手指21的控制方式有所差异。步骤S102后仿生手手指的渐变式控制方法还包括：

步骤S103、判断当前肌电信号的接收时长是否达到一阈值。本实施例中，针对当前肌电信号的接收时长设有多个阈值。例如：根据肌电信号的持续接收，阈值可设定为0.5秒、1秒、1.5秒、2秒、2.5秒、3秒；或者，阈值可设定为0.1秒、0.3秒、0.8秒、1秒、1.3秒、1.4秒。每相邻的两个阈值之间的差值可以相同，也可以不同。

若当前肌电信号持续接收到一阈值时，控制设备10将控制手指21弯曲初始角度的状态下继续弯曲预设角度。例如：

控制设备10将控制手指21弯曲初始角度后，当前肌电信号的接收时长持续到0.5秒(也就是达到一阈值)时，控制设备10控制手指21弯曲5°(也就是弯曲预设角度)。

若当前肌电信号还未持续到预设时长，控制设备10控制手指21维持当前状态，也就是手指21弯曲初始角度后不再弯曲保持不动。例如：

控制设备10将控制手指21弯曲初始角度后，当前肌电信号的接收时长持续到0.3秒(未达到阈值)时，控制设备10控制手指21维持当前状态。

在本实施例中，手指21弯曲预设角度后还会反复执行步骤S103的过程，也就是，手指21弯曲预设角度后，再次判断当前肌电信号的接收时长是否达到了另一阈值，若当前肌电信号的接收时长达到另一阈值时，控制设备10将控制手指21弯曲预设角度的状态下再次弯曲预设角度，例如：

控制设备10将控制手指21弯曲预设角度后，当前肌电信号的接收时长持续到1.5秒(也就是达到另一阈值)时，控制设备10控制手指21再弯曲5°(也就是弯曲预设角度)。

以此类推，在本实施例中，手指21再次弯曲预设角度后还会反复执行步骤S103的过程。当然，如果手指21已弯曲至最大弯曲角度时，即使肌电信号仍持续接收，控制设备10还是会控制手指21停止弯曲。不同手指21的最大弯曲角度可以不同，也可以相同。

可以理解的是，对应不同阈值的预设角度可以相同，也可以不同，例如：当肌电信号的接收时长每达到一阈值时，手指可弯曲5°，但是当肌电信号的接收时长每达到另一阈值时，手指可弯曲3°。预设角度可以由佩戴者根据使用习惯或者个人偏好预先设置，也可以由多次训练提取对应的肌电信号和弯曲度数据等分析生成，在此不做限定。

在本实施例中，手指21从初始状态弯曲初始角度之后，如果肌电信号的接收时长每达到一阈值时，控制所述手指弯曲对应的预设角度。

只要肌电信号没有中断，随着肌电信号的持续接收手指21会持续进行弯曲，以此完成基于上述基本操作的后续操作，例如：基本操作是夹持手机，也就是说，当手指21从初始状态弯曲初始角度时就能执行夹持手机的操作。之后，肌电信号的接收时长每达到一阈值时手指21再弯曲一次，可以执行夹持手机的状态下继续对手机上的按钮等部件施加压力，从而能够执行关机或者调解音量等后续操作。

除了上述举例的操作示例外，采用本实施例的仿生手手指的渐变式控制方法可适用于其他压感控制操作，从而使用户能够执行其他复杂的操作。

需要说明的是，在本实施例中，若肌电信号在肌电信号的接收时长达到任一阈值之前中断，则控制手指恢复初始状态，也就是说，例如：当接收肌电信号之后，手指21在控制设备10的控制下弯曲了初始角度。之后如果该肌电信号被中断，整个接收时长未达到最小的阈值，则控制设备10控制手指21恢复初始状态，以对应新的肌电信号。

又如：肌电信号的接收时长达到最小的阈值(如0.5秒)，控制设备10控制手指21弯曲对应的预设角度。但是，后续过程中肌电信号的接收时长未达到其他阈值(如不及1秒)而被中断时，控制设备10控制手指21恢复初始状态，以对应新的肌电信号。

在一些实施例中，手指弯曲一初始角度时的弯曲速度大于弯曲预设角度时的弯曲速度。预设角度预设弯曲速度。可以理解的是，手指21从初始状态运动至初始角度的速度较快，可以迅速完成基础操作，从而提高仿生手的运作效率。手指21的弯曲预设角度时的弯曲速度相对较慢可细微地调整后续操作的执行过程，从而有效提升控制效率。

在一些实施例中，为了过滤无效的肌电信号或者误触发的肌电信号，如图3所示，在步骤S102之前仿生手手指的渐变式控制方法还包括：

步骤S101、判断肌电信号的接收时长是否达到有效时长。控制设备10在接收肌电信号的时刻开始计算当前肌电信号的接收时长。若该肌电信号的接收时长达到有效时长，则判断该肌电信号为有效信号，并控制与所述肌电信号对应的所述手指弯曲一初始角度。

若肌电信号的接收时长未达到有效时长，则控制设备10判断当前肌电信号为无效信号，使所述手指维持初始状态。

在一些实施例中，如图4所示，在步骤S102之前仿生手手指的渐变式控制方法还包括：

步骤S1001、根据接收的触发信号使仿生手进入对应的场景模式。

在本实施例中，控制设备10能接收触发信号，并根据当前接收的触发信号控制仿生手进入对应的场景模式。在特定的场景模式下，控制设备10仅能控制对应的手指1进行运动。具体地，场景模式可以包括单指场景和多指场景，单指场景表示控制设备10一次仅能控制一个手指21进行运动，多指场景表示控制设备10一次能够控制多个手指21进行运动。单指场景可以包括弹琴场景、打字场景等，多指场景可以包括弹琴场景、写字场景、抓取场景等。其中，每个手指分别具有对应不同场景模式的初始角度、预设角度和初始状态。其中，根据实际需要不同阈值的对应预设角度可以相同，也可以不同。

触发信号包括肌电信号、惯性传感信号和/或控制信号。触发信号可以是肌电信号、惯性传感信号和控制信号中的任意一种，也可以是肌电信号、惯性传感信号和控制信号中任意两者的组合。佩戴者可以通过做手势动作以产生肌电信号，作为触发信号。佩戴者可以通过做手势动作以产生惯性传感信号，作为触发信号。佩戴者还可以通过外部设备发送控制信号，作为触发信号。

具体地，当佩戴者做出某一手势动作时，肌电电极将采集到的肌电数据集合成为肌电信号，作为触发信号发送至控制设备10。仿生手1还设有与控制设备10通信连接的惯性传感器(Inertial Measurement Unit，IMU)，当佩戴者做出某一手势动作时，惯性传感器将采集到的惯性传感信号作为触发信号发送至控制设备10。控制设备10还与外部设备通信连接，当佩戴者通过外部设备生成控制信号时，外部设备将该控制信号作为触发信号发送至控制设备10。

本实施例中，每个场景模式中，每个手指21均对应一个初始状态。同一场景模式下，不同手指21所对应的初始状态可以相同，也可以不同。不同场景模式下，同一手指21所对应的初始状态可以相同，也可以不同。

当仿生手进入不同的场景模式时，每个手指21的弯曲范围限定在与当前场景模式对应的最大弯曲角度。在同一场景模式下，不同手指21的初始状态、初始角度和最大弯曲角度可以相同，也可以不同。不同场景模式下，同一手指21的初始状态、初始角度和最大弯曲角度可以相同，也可以不同。也就是说，初始状态、初始角度和最大弯曲角度可以由佩戴者根据使用习惯或者个人偏好预先设置，也可以由控制训练时提取的肌电信号和手指21的弯曲度数据等分析生成，在此不做限定。需要理解的是，预设角度只对应肌电信号的接收时长的某一阈值，而不同场景模式的阈值分布可以相同也可以不同。

在一些实施例中，控制设备10可以在检测到触发信号与预设信号相匹配时，获取与预设信号相对应的场景模式。具体地，控制设备10中预先设置有预设信号。控制设备10将接收到的触发信号与预设信号进行匹配识别，当触发信号与预设信号相匹配时，控制设备10获取与预设信号相对应的场景模式。可以理解的是，当触发信号为肌电信号或者惯性传感信号时，控制设备10才需要将触发信号与预设信号进行匹配识别；当触发信号为控制指令时，控制设备10直接根据控制指令获取相对应的场景模式。即是说，控制指令可以直接控制仿生手1进入相对应的场景模式，每一控制指令与一个场景模式相对应。

举例来说，预设信号可以为仿生手1的全部手指21快速地做两次连续握拳张开的手势动作所产生的肌电信号；也可以为仿生手1的单个特定手指21做出连续多次快速弯曲张开的手势动作所产生的肌电信号；预设信号还可以为仿生手1的手腕转动时产生的惯性传感信号。其中，预设信号与场景模式的具体对应情况可以由佩戴者进行设置，在此不做限定。预设信号可以与仿生手1做日常常规动作时产生的肌电信号或者惯性传感信号不同，以避免佩戴者在日常活动中误触发进入特定的场景模式。

在一些实施例中，步骤S102的过程包括：

判断所接收的肌电信号是否与场景模式匹配。

若肌电信号与场景模式匹配，则控制对应的手指弯曲一初始角度。

若肌电信号与场景模式不匹配，则控制对应的手指维持初始状态。

本实施例中，仿生手1进入相应的场景模式后，控制设备10接收肌电电极发送的肌电信号，并判断肌电信号与当前的场景模式是否匹配。当接收到的肌电信号与当前的场景模式相匹配时，控制设备10控制与接收到的肌电信号相对应的手指21进行运动。其中，控制设备10接收到肌电信号后，对肌电信号进行分类检测，从而得到肌电信号的类型和数量。控制设备10可以根据接收到的肌电信号的数量或者类型等，判断肌电信号与当前的场景模式是否匹配。

可以理解的是，当肌电信号与场景模式相匹配时，控制设备10根据肌电信号的类型获取与肌电信号相对应的手指21，并控制该手指21从初始状态弯曲初始角度。举例来说，如果仿生手1的当前场景模式为调节手机音量，在该场景模式中，食指的初始角度为20°，不同阈值的对应预设角度均为5°；拇指的初始角度为10°，不同阈值的对应预设角度均为3°。当接收肌电信号时，食指和拇指同时弯曲初始角度，以此完成夹持手机的基础操作。之后每当肌电信号的接收时长达到一阈值时，食指和拇指分阶段弯曲，从而能对手机的按键进行试压，完成调节音量的后续操作。

请结合参看图5，其为本发明实施例提供的控制设备的结构示意图。本发明还提出一种控制设备10，控制设备10可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。控制设备10可以包括：处理器1001(例如CPU)、网络接口1004、用户接口1003、存储器1005和通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元，比如键盘(Keyboard)，用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器；存储器1005还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的控制设备10结构并不构成对控制设备10的限定，控制设备10可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图5所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及计算机可执行指令。

在图5所示的控制设备10中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行信号通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行信号通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器1001调用执行时实现上述的仿生手手指的渐变式控制方法的步骤。

基于前述实施例所提出的计算机可执行指令，本发明还提出一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行时，实现前述实施例所记载的仿生手手指的渐变式控制方法。

请结合参看图6，其为本发明实施例提供的仿生手的模块示意图。仿生手的模块包括仿生手主体20和控制设备10，控制设备10设置于仿生手主体20。

本实施例中，仿生手1包括若干手指，仿生手主体20设有接收腔，接收腔的腔壁上设置有多个肌电电极，控制设备10与肌电电极电性连接。仿生手1通过接收腔固定于佩戴者的手臂上，接收腔的腔壁与佩戴者的手臂肌肉相贴合，肌电电极可以在手臂中采集肌电信号，并将肌电信号发送至控制设备10。

在一些实施例中，仿生手1还包括设置于仿生手主体20的惯性传感器，惯性传感器与控制设备10通信连接，惯性传感器可以采集佩戴者控制仿生手1进行运动产生的惯性传感信号，并将惯性传感信号发送至控制设备10。

在一些实施例中，控制设备10还可以与外部设备通信连接。佩戴者可以通过外部设备发送控制指令至控制设备10。外部设备可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机或者智能手表等终端。

控制设备10的具体结构参照上述实施例。由于仿生手1采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (9)

1.一种仿生手手指的渐变式控制方法，应用于仿生手，所述仿生手包括若干手指，其特征在于，所述仿生手手指的渐变式控制方法包括：

根据所接收的肌电信号，控制与所述肌电信号对应的手指弯曲一初始角度；

当所述肌电信号的接收时长每达到一阈值时，控制所述手指在所述初始角度的基础上进一步弯曲一预设角度；

若所述肌电信号在所述肌电信号的接收时长达到任一所述阈值之前中断，则控制所述手指恢复初始状态。

2.根据权利要求1所述的仿生手手指的渐变式控制方法，其特征在于，所述根据所接收的肌电信号，控制与所述肌电信号对应的所述手指弯曲一初始角度之前，还包括：

判断所述肌电信号的接收时长是否达到有效时长；

若所述肌电信号的接收时长达到有效时长，则判断所述肌电信号为有效信号，并控制与所述肌电信号对应的所述手指弯曲一初始角度；

若所述肌电信号的接收时长未达到有效时长，则判断所述肌电信号为无效信号，使所述手指维持初始状态。

3.根据权利要求1所述的仿生手手指的渐变式控制方法，其特征在于，所述手指弯曲所述初始角度的弯曲速度大于所述手指弯曲所述预设角度的弯曲速度。

4.根据权利要求1所述的仿生手手指的渐变式控制方法，其特征在于，若所述手指从初始状态弯曲至最大弯曲角度，则控制所述手指停止弯曲。

5.根据权利要求1所述的仿生手手指的渐变式控制方法，其特征在于，所述根据所接收的肌电信号，控制与所述肌电信号对应的所述手指弯曲一初始角度之前，还包括：

根据接收的触发信号控制所述仿生手进入对应的场景模式，每个所述手指分别具有对应不同所述场景模式的所述初始角度和所述预设角度。

6.根据权利要求5所述的仿生手手指的渐变式控制方法，其特征在于，所述根据所接收的肌电信号，控制与所述肌电信号对应的所述手指弯曲一初始角度包括：

判断所接收的所述肌电信号是否与所述场景模式匹配；

若所述肌电信号与所述场景模式匹配，则控制与所述肌电信号对应的所述手指弯曲一初始角度。

7.根据权利要求6所述的仿生手手指的渐变式控制方法，其特征在于，所述当所述肌电信号的接收时长每达到一阈值时，控制所述手指弯曲对应的预设角度包括：

根据所述场景模式获取与当前达到的所述阈值对应的所述预设角度；

控制所述手指弯曲所述预设角度。

8.一种控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：

存储器，用于存储计算机可执行的指令；以及

处理器，用于执行所述计算机可执行的指令以实现如权利要求1至7中任一项所述的仿生手手指的渐变式控制方法。

9.一种仿生手，其特征在于，所述仿生手包括仿生手主体、肌电信号的采集设备和如权利要求8所述的控制设备，所述控制设备用于根据所述采集设备采集残肢的肌电信号控制所述仿生手主体的手指。