一種智能肌電假肢手裝置的制作方法

本實用新型屬于智能助殘器械領域，尤其涉及一種智能肌電假肢手裝置。

背景技術：

目前，假肢手研究領域的重要難題是設計出同時滿足重量輕、體積小、輸出力大、動作靈活的多自由度假肢手。對于智能假肢手驅動方式的研究主要為通過復雜的齒輪組等機械結構精確的再現手部的各種動作。這種方式的優點是精度較高，動作豐富，但是同時帶來的不足是故障率高，重量大，且成本極高，其中重量大和成本高這兩項劣勢尤其難為普通假肢手使用者所接受。

另一種方向則是通過電機驅動拉線操縱手指關節的運動。其優點是機械結構大為簡化，隨之重量降低，同時成本較低。且通過對拉線控制假肢手的不斷研究，目前可以通過使用較多數量的電機拉線組對假肢手實現高精度的控制。相較于復雜齒輪傳動機構，其運動方式與效果更貼近于實際人手的運動。但是為了達到高精度的控制，拉線電機組的數量可以達到十幾組，導致動力模塊體積重量偏大以及拉線的走線較為繁雜。

目前，智能假肢的控制方式多采用為肌電控制，是利用微小的肌電電位差信號作為控制和操縱肌電假肢各種功能的初始信號，肌電電位差信號通過被安置在殘肢皮膚表面上的電極來測取，用來控制肌電假手的張開、合閉和旋轉等動能。

在現有的肌電假肢控制技術中，肌電假肢利用一對殘留肌肉(主縮肌與拮抗肌)控制一個動作自由度。肢體截肢后，肌電信息源是有限的，截肢的程度越高，殘留的肢體肌肉越少，而需要恢復的肢體動作越多。為了用一對肌肉控制多個自由度，肌電假肢增加了動作“模式”切換功能。“模式”的切換是利用同時使一對肌肉“收縮”或附加開關來實現的，這使肌電假肢的使用非常困難，這種肌電假肢控制方式不能直接實現肌電假肢的控制，造成肌電假肢使用中動作笨拙，增大肌電假肢使用者的精神負擔。肌電信息源的采集設備誤差大，導致假肢識別不出，不能完成相應動作。

技術實現要素：

針對上述現有技術的不足，本實用新型提供了一種結構簡單、使用方便，并且成本低、重量輕的智能肌電假肢手裝置，該裝置不僅可以完成對五根手指和腕部關節的高精度控制，而且使得智能假肢手可以進行較長時間的舒適佩戴與使用，同時能完成不同的動作，實現肌電假肢的多自由度自然控制，動作靈巧，減小了使用者的精神負擔。

為了實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現：

一種智能肌電假肢手裝置，其特征在于，該裝置包括手掌部件、手臂部件、腰掛式電池和肌電信號感應手環，所述手掌部件與手臂部件連接；

所述手掌部件包括手心部件、手背部件和手指部件，所述手指部件設在手心部件上，所述手背部件與手心部件通過螺栓連接固定，所述手心部件內設有電機槽，所述電機槽內設有小型直線電機，所述小型直線電機上方設有電機固定板，所述電機固定板上方設有芯片固定板，所述芯片固定板上設有控制芯片；所述手心部件上設有電機拉線孔，且位于與手指部件的連接處，所述小型直線電機前端的伸出桿位于電機拉線孔處，所述手指部件內設有拉線和拉線通孔，所述手指部件的前段上設有拉線固定結構，所述拉線一端固定在拉線固定結構上，另一端固定在電機拉線孔處的小型直線電機上；

所述肌電信號感應手環包括肌電電極、肌電信號采集模塊和藍牙模塊；所述控制芯片上設有電機驅動模塊、藍牙模塊和信號處理模塊，所述控制芯片還包括緩沖電路、前置放大電路、濾波電路、后級放大電路和模數轉換電路；所述控制芯片通過連接線與腰掛式電池連接，所述肌電信號感應手環與控制芯片通過無線通信方式連接，所述肌電信號感應手環設在人體的殘肢末端上。

作為上述技術方案的優選，所述手心部件、手背部件、手指部件和手臂部件的材質為聚乳酸或者熱塑性聚氨酯彈性體橡膠。

作為上述技術方案的優選，所述肌電電極用于采集肌電信號。

作為上述技術方案的優選，所述肌電信號采集模塊對采集到的肌電信號進行模數轉換，提取肌電數據。

作為上述技術方案的優選，所述電機驅動模塊用于接收并根據分類結果驅動肌電假肢內部電機工作，完成相應動作。

作為上述技術方案的優選，所述前置放大電路與緩沖電路連接，用于對肌電信號進行前置放大。

作為上述技術方案的優選，所述濾波電路與前置放大電路連接，用于對較弱的肌電信號進行過濾留下穩定的信號。

作為上述技術方案的優選，所述后級放大電路與濾波電路連接，用于對過濾后的肌電信號進行放大。

作為上述技術方案的優選，所述模數轉換電路與濾波電路連接，用于對肌電信號進行模數轉換。

本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型可以在對五根手指和手腕關節進行精確控制的同時，將重量體積都較大的電機組，通過小型化電直線機內嵌的方式置假肢手掌內部，大幅減小了模塊的尺寸，更適合智能假肢手對于重量和體積的要求，便于佩戴使用的同時減少了拉線的行程；

(2)本實用新型中拉線長度縮短，且大部分都從內部走線，使用過程中更加穩定，不易出現與其它物體的纏繞刮碰而影響假肢手穩定工作的情況；

(3)本實用新型中腰掛盒上集成了較重的電池組，由于是佩戴于腰帶上，使用舒適的同時對于重量限制大大放寬，對于增大電池容量，延長使用時間，同時由于采取拉線控制的方式，使得結構簡單，故障率較低，成本較低，適合普通患者的日常使用需求。

(4)患者截肢后，雖然肢體不再存在了，但患者會有肢體仍然存在的感覺，這是一種“幻肢”現象。患者可以利用他們的幻肢做各種肢體動作，引起殘肢肌肉收縮產生肌電信號。通過肌電感應手環的讀取肌肉信號的方式和控制芯片連接，將肌電信號(模擬信號)轉換為肌電數據(數字信號)，控制芯片控制小型直線電機完成不同的動作，實現肌電假肢的多自由度自然控制，減小了使用者的精神負擔。

(5)本實用新型可以實現肌電假肢的直覺操控，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，實現精細操控的目的從而實現多功能假肢的自然、直覺控制，提高假肢使用的便利性。

附圖說明

結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本實用新型有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中：

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型中肌電信號感應手環的結構示意圖；

圖3是本實用新型中手掌部件的手心內部結構示意圖；

圖4是本實用新型中手掌部件手心面的結構示意圖；

圖5是本實用新型中手掌部件的分體結構示意圖；

圖6是本實用新型中的控制系統流程圖；

[圖中附圖標記]：

1-手掌部件，2-手臂部件，3-腰掛式電池，4-小型直線電機，5-拉線固定結構，6-電機拉線孔，7-拉線通孔，8-拉線，9-手心部件，10-手背部件，11-手指部件，12-電機固定板，13-芯片固定板。

具體實施方式

為使本實用新型的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本實用新型的內容作進一步說明。當然本實用新型并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護范圍內。其次，本實用新型利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本實用新型實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本實用新型的限定。

需要說明的是，在下述的實施例中，利用圖1的示意圖對按本實用新型一種智能肌電假肢手裝置進行了詳細的表述。在詳述本實用新型的實施方式時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例繪制并進行了局部放大及省略處理，因此，應避免以此作為對本實用新型的限定。

如圖1所示，本實用新型提供了一種智能肌電假肢手裝置，該裝置包括手掌部件1、手臂部件2、腰掛式電池3和肌電信號感應手環，手掌部件1與手臂部件2連接；手掌部件1包括手心部件9、手背部件10和手指部件11，手指部件11設在手心部件9上，手背部件10與手心部件9通過螺栓連接固定，手心部件9內設有電機槽，電機槽內設有小型直線電機4，小型直線電機4上方設有電機固定板12，電機固定板12上方設有芯片固定板13，芯片固定板13上設有控制芯片；手心部件9上設有電機拉線孔6，且位于與手指部件11的連接處，小型直線電機4前端的伸出桿位于電機拉線孔6處，手指部件11內設有拉線8和拉線通孔7，手指部件11的前段上設有拉線固定結構5，拉線8一端固定在拉線固定結構5上，另一端固定在電機拉線孔6處的小型直線電機4上；

肌電信號感應手環包括肌電電極、肌電信號采集模塊和藍牙模塊；肌電電極用于采集肌電信號，肌電信號采集模塊對采集到的肌電信號進行模數轉換，提取肌電數據；藍牙模塊通過藍牙方式連接控制芯片，用于與控制芯片進行通信，將肌電數據傳送到控制芯片；

控制芯片上設有電機驅動模塊、藍牙模塊和信號處理模塊，電機驅動模塊用于接收并根據分類結果驅動肌電假肢內部電機工作，完成相應動作；信號處理模塊通過嵌入式的算法處理接收到的肌肉電脈沖信號后通過動作數據發送給電機驅動模塊；藍牙模塊用于接收肌電感應手環的信號，在集成控制芯片與手環之間建立無線連接方式。

控制芯片還包括緩沖電路、前置放大電路、濾波電路、后級放大電路和模數轉換電路；前置放大電路與緩沖電路連接，用于對肌電信號進行前置放大；濾波電路與前置放大電路連接，用于對較弱的肌電信號進行過濾留下穩定的信號；后級放大電路與濾波電路連接，用于對過濾后的肌電信號進行放大；模數轉換電路與濾波電路連接，用于對肌電信號進行模數轉換。

控制芯片通過連接線與腰掛式電池3連接，肌電信號感應手環與控制芯片通過無線通信方式連接，肌電信號感應手環設在人體的殘肢末端上。

進一步的，手心部件9、手背部件10、手指部件11和手臂部件2的材質為聚乳酸或者熱塑性聚氨酯彈性體橡膠。

本實用新型通過在手心部件中設有電機槽，共五個槽依次排列，每個電機槽帶有相應的拉線通道以便于拉線8引出，并且選用小型直線電機4，將帶齒輪箱的電機嵌入電機槽中，電機4通過伸出桿的收放控制拉線8的收放；另外通過設有腰掛式電池3，將重量較大的電池組集成在腰掛盒中，手掌部件1與腰掛式電池3之間通過具有良好柔韌性的數據線相連，腰掛式電池3通過綁帶固定于使用者身上。

另外，使用者可以利用他們的幻肢做各種肢體動作，引起殘肢肌肉收縮產生肌電信號，通過肌電感應手環的讀取肌肉信號的方式和控制芯片連接，將肌電信號(模擬信號)轉換為肌電數據(數字信號)，控制芯片控制小型直線電機4完成不同的動作，實現肌電假肢的多自由度自然控制，減小了使用者的精神負擔。

可以理解的是，雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本實用新型。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本實用新型技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案保護的范圍內。