專利名稱：雙信號源控制的人體假手的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采用聲控技術與肌電控制技術的電子假手，尤其是一種通過語音識別模塊和無線或有線傳輸模塊或者通過提取殘肢的肌電信號來對多自由度假手進行控制的假手裝置。
背景技術：
健全的雙手對人類來說很重要，能夠完成握、捻、鉤、提、夾等等生活中必須要用到的多種復雜的動作。但是現實中由于交通事故，自然災害，工傷，戰爭以及先天性疾病等諸多因素，殘肢患者為數甚多。據統計，全世界殘肢患者有數千萬之多。為了能讓殘肢者生活自理，并盡可能提高他們的生活質量，各種假手應運而生。因此，手缺損的重建一直是康復工程的一個重要課題。理想的假手應在形狀和功能上與真手一樣。它不僅能替代人手的感覺和運動功能，而且還要像人手一樣具有優美的外形。但目前的技術還遠遠達不到這個理想的要求。人體上肢機構模型有27個自由度。其中手指部分有20個自由度。但目前科學水平還不能做到具有27個自由度的電子假手。美國、日本實驗研究的假手有7—11個自由度，但目前臨床使用的假手最多為3個自由度，以完成人手功能最常用的指伸、指屈、旋前、旋后、腕伸、 腕屈6個動作。盡管假手設計者面臨著巨大的技術困難，但假手的設計應包括以下標準: 具有多種抓握模式并根據物體的形狀自動調節；物體的紋理、形狀和溫度可作為反饋信息； 具有本體感覺；重量輕，外觀好；可以在潛意識下控制。雖然世界上商品化的假肢已達上千種，但無一能達到以上標準。目前最先進的電子假手僅能完成人手的極少部分功能，而且其準確率也不能令人滿意，都存在各自的不足之處。當前使用較為廣泛的肌電假手也存在一定程度的缺陷。肌電假肢的最大優點是利用殘存肌肉系統以生理方式控制假肢的運動功能，但肌電控制本質上是一個開環控制系統，患者僅能用視覺和聽覺作為反饋信號，這就需要患者集中精力來控制假肢，而不利于對假肢狀況的掌握，而且有些患者殘肢由于殘肢過短、肌電信號弱等因素影響，導致肌電信號過弱而無法通過肌電信號控制假手。現在市場又出現語音控制的假手，這個的出現，給那些無法提取肌電的患者帶來了福音，但是語音控制的假手對于患者的聲音要求比較高。需要與患者訓練時聲音的音頻和音色比較接近，例如患者使用時由于感冒或喉嚨沙 無法發出與訓練時的聲音而導致控制失效。語音假手在需要安靜的環境下使用不方便，如在會議中。因此，需要一種基于語音與肌電混合控制技術的假手，它結合二者的優點，可以根據患者的需求進行切換，取長補短，這對于患者來說無疑又是一個福音。
發明內容本實用新型是要提供一種雙信號源控制的人體假手，該假手具有語音控制系統和肌電控制系統，可以根據使用的實際情況來進行語音控制和肌電控制相互切換，可以讓患者在一種控制失效的情況下，同樣利用另一種控制，以免造成尷尬的局面，并能根據所處場合的不同，選擇最合適有效的控制方式。本實用新型的技術方案是一種雙信號源控制的人體假手，包括語音控制系統，肌電控制系統，語音控制和肌電控制切換系統，語音切換控制關節系統，其特點是語音控制和肌電控制切換系統由語音識別芯片組成，當語音識別芯片接收語音指令“肌電”時，輸出一個控制信號驅動肌電控制系統工作；當語音識別芯片接收語音指令“語音”時，語音識別芯片接通語音控制系統來控制假手動作；當語音識別芯片接收語音指令“協同”時，由語音識別芯片接收使用的語音控制命令，經處理后輸出控制信號至肌電控制系統進行假手關節的切換，語音控制系統與肌電控制系統同時工作。語音切換控制關節系統包括語音識別芯片，肌電控制的單片機；當語音識別芯片接收到使用者說出指令“手部”，輸出一個高電平給肌電控制的單片機上控制手頭的引腳， 單片機接到信號從而控制手部的開合；當語音識別芯片接收到使用者說出指令“腕部”輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左旋和右旋；當語音識別芯片接收到使用者說出指令“肘部”，輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制肘部的引腳，從而控制肘部的屈伸。語音控制系統包括語音識別芯片，驅動電路，語音芯片接收由使用者說出的指令， 經過信號放大后輸入驅動電路驅動假手動作。肌電控制系統包括前置放大電路，雙T濾波網，后置放大電路，A/D轉換，單片微機，經過前置放大電路輸入至雙T濾波網進行濾波處理，并經后置放大電路一次放大后送入A/D轉換及單片微機進行分析。本實用新型的有益效果是本實用新型兼備聲控與肌電兩種控制方式，當使用者使用一種控制的時候，另一種控制方式會被切斷從而停止作用。當使用者處于聲音控制時，可以通過語音來切換至肌電控制，也可以通過一個控制轉換開關來切換至肌電控制；當使用者處于肌電控制時，聲音控制處于休眠狀態，但可以接收一些特定的命令來切換至聲音控制，也可以通過控制轉換開關來切換至聲音控制部分。在肌電控制方式的前提下，本發明還可以通過語音來切換所控制的關節。本實用新型可以控制手頭開合、腕關節的正反轉及肘關節的伸屈動作等三個自由度的動作，其中可以是控制其中的單獨一個、同時二個或三個自由度。本實用新型運用繼電器邏輯控制邏輯電路來控制假手三個自由度的驅動直流電機的正反轉，以實現控制假手驅動電機的正反轉，從而實現假手開/合、內/外旋或屈/伸的功能。
圖1是本實用新型的語音控制假手部分的原理示意圖；圖2是本實用新型的肌電控制假手部分的原理示意圖；圖3是假手單自由度動作轉換繼電器接線圖；圖4是開關切換控制單元的的原理示意圖；圖5是假手語音信號放大與繼電器控制電路總接線圖；圖6是語音切換控制單元的原理示意圖；[0020]圖7是通過語音切換控制關節示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1到圖7所示，本實用新型的雙信號源控制的人體假手，由語音控制系統，肌電控制系統，語音控制系統和肌電控制切換系統組成。如圖1所示，語音控制系統包括語音識別芯片，驅動電路，語音芯片接收由使用者說出的指令，經過信號放大后輸入驅動電路驅動假手動作。使用前，使用者者需進行訓練， 使用者給聲控假手裝置訓練若干條命令；使用時，使用者發出與訓練時相同的語音命令，程序識別出語音命令后，將信號輸出給假手以控制假手做出相應動作。如圖2所示，肌電控制系統包括前置放大電路，雙T濾波網，后置放大電路，A/D轉換，單片微機。由人體解剖學知識可以知道，掌指關節和指關節的運動是由人體發出的肌電信號控制的，但是人體肌肉中的肌電信號是十分微弱的(數十微伏)。對于如此微弱的信號，因此，首先經過前置放大電路對它進行放大以后才能對它進行后續的處理，經過處理過的信號中有干擾存在，必須經過雙T濾波網對它作濾波處理。然后經過選頻網絡選取出對有用信號分析最有利的點，再經過后置放大電路一次放大，放大后的信號送入A/D轉換，然后輸入單片微機進行分析。實現假手一個自由度動作的轉換需要兩個繼電器，實現四個開關控制假手開合的轉換，針腳電路連接見附圖3。圖4是通過手動開關來控制假手的控制方式開關控制假手的四種狀態，狀態A為假手只受語音控制，肌電控制處于斷電狀態；狀態B 為假手只受肌電控制，語音控制處于斷電狀態；狀態C為肌電控制假手運動，語音控制則切換假手被控關節狀態，狀態D為由語音命令來控制所有切換。圖5是假手語音信號放大與繼電器控制電路(輸出控制)的總接線圖。假手的手指、腕關節與肘關節處設有行程限位開關，開關信號可作為輸出控制電路中的繼電器的信號源來控制動作假手單自由度驅動電機 M的急停。語音芯片接收由麥克風的命令，經過語音芯片的處理，語音芯片的引腳輸出電平控制二個繼電器工作，繼電器的引腳輸出電平來控制假手的各個動作的完成。本發明可以在狀態3時處于肌電控制方式，語音控制處于待機狀態。當手動開關處于狀態4的時候，本發明則通過語音來切換假手的控制單元。如圖6所示，語音識別芯片接收語音指令“肌電”語音芯片分析處理，輸出一個控制信號驅動肌電系統的單片機工作；當語音識別芯片接收語音指令“語音”時，語音識別芯片講接通語音模塊與假手間的控制；當語音識別芯片接收語音指令“協同”時，則由語音識別芯片接收使用的語音控制命令，經處理后輸出控制信號至肌電控制電路進行關節的切換，語音控制與肌電控制同時工作。本實用新型可以通過語音來切換控制關節如圖7。當使用者說出指令“手部”語音識別芯片輸出一個高電平給肌電控制的單片機上控制手頭的引腳，單片機接到信號從而控制手部的開合。當說出指令“腕部”語音識別芯片同樣輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左旋和右旋。當說出指令“肘部”語音識別芯片同樣輸出控制信號給肌電控制的單片機上控制肘部的引腳，從而控制肘部的屈伸。這樣就實現了在肌電控制的假手的情況下，通過語音來切換控制的關節。
權利要求1.一種雙信號源控制的人體假手，包括語音控制系統，肌電控制系統，語音識別芯片， 語音切換控制關節系統，其特征在于所述語音識別芯片接收“肌電”，“語音”，“協同”語音指令信號后，分別輸出控制信號到肌電控制系統，語音控制系統，用于驅動肌電控制系統工作和控制假手動作，以及經語音識別芯片處理后輸出控制信號至肌電控制系統，用于控制假手關節的切換和語音控制系統與肌電控制系統同時工作。
2.根據權利要求1所述的雙信號源控制的人體假手，其特征在于所述語音切換控制關節系統包括語音識別芯片，肌電控制的單片機，語音識別芯片接收“手部”，“腕部”，“肘部”語音指令信號后，分別輸出一個控制信號給肌電控制的單片機上控制手頭的引腳、控制腕部的引腳和控制肘部的引腳，用于控制手部的開合，控制腕部的左旋和右旋以及控制肘部的屈伸。
3.根據權利要求1所述的雙信號源控制的人體假手，其特征在于所述語音控制系統包括語音識別芯片，驅動電路，語音芯片接收由使用者說出的指令，經過信號放大后輸入驅動電路驅動假手動作。
4.根據權利要求1所述的雙信號源控制的人體假手，其特征在于所述肌電控制系統包括前置放大電路，雙T濾波網，后置放大電路，A/D轉換，單片微機，肌電信號經過前置放大電路輸入至雙T濾波網進行濾波處理，并經后置放大電路一次放大后送入A/D轉換及單片微機進行分析。
專利摘要本實用新型涉及一種雙信號源控制的人體假手，包括語音控制系統，肌電控制系統，語音控制和肌電控制切換系統，語音切換控制關節系統，其特點是語音控制和肌電控制切換系統由語音識別芯片組成，當語音識別芯片接收語音指令“肌電”時，輸出一個控制信號驅動肌電控制系統工作；當語音識別芯片接收語音指令“語音”時，語音識別芯片接通語音控制系統來控制假手動作；當語音識別芯片接收語音指令“協同”時，由語音識別芯片接收使用的語音控制命令，經處理后輸出控制信號至肌電控制系統進行假手關節的切換，語音控制系統與肌電控制系統同時工作。本實用新型具有語音控制系統和肌電控制系統，可以根據使用的實際情況來進行相應的控制切換。
文檔編號A61F2/72GK202128568SQ20102068411
公開日2012年2月1日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者喻洪流, 官龍, 張志敏, 林起彪, 簡卓 申請人:上海理工大學, 丹陽假肢廠有限公司