人手或假手抓取能力評估系統和評估方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種包含手腕的人手或假手抓取能力評估方法。
【背景技術】
[0002] 人手是人體最靈巧的部分之一。在日常生活中，人類能夠控制自己的完成各類紛 繁復雜的抓取任務。運是人手靈巧性的集中體現。但是也對人手抓取功能性的提煉帶來 了困難。早期，是由解剖學、生物力學和康復學領域的抓取率先提出了采用少出幾種極具 發表性的抓取姿勢來代表人手紛繁復雜的抓取功能的，奠定了抓取分類學的基礎。由于 被抓取的物體是人手完成抓取任務的對象，因此，一開始是基于物體的形狀和尺寸來選擇 抓取姿勢體現人手抓取功能的。將基礎抓取姿勢定義為側邊捏（lateral)、圓柱形強力抓 取（power)、Ξ指捏取（tripod)、兩指精確捏取（tip)、四指和拇指間夾取（extension), 球形強力抓取（S地erical)。然而Napier在其研究中發現，人在抓取物體時，抓取控制 意圖也影響人的抓取姿勢。將人手抓取意圖分為：強力抓取（powergrasp)、側邊抓取 (intermediategrasp)和精確抓取（precisiongrasp)。而強力抓取和精確抓取，實際上體 現在人手與物體接觸的區域上，接觸的區域大，包括手掌則為強力抓取，接觸的區域小于強 力抓取區域，且不包括手掌，則稱為側邊抓取或精確抓取。在此基礎上，化tcosky融合了被 抓取物體的形狀、尺寸和抓取控制意圖，建立了抓取分類表來體現人手的抓取功能。但是， 在實際抓取中，人手和物體之間的相對位置是變化的，并不是總處于最佳抓取位置。特別是 在人手受到某種空間限制的情況下，在人手和物體之間相對位置較大的情況下仍能通過手 腕改變人手的姿態完成抓取，運就體現了人手除了對于不同形狀尺寸物體的抓取適應性和 不同抓取意圖W外的又一個不可缺少的重要能力一一抓取的容差性。抓取的容差性間接地 導致了人手和物體的不同接觸，當相對距離較近時，人手和物體的接觸區域較大，當相對距 離較遠時，人手和物體的接觸區域較小，因此人手的抓取容差間接的體現了人手抓取控制 意圖。綜上所述，容差性的抓取不同形狀、尺寸的物體能夠同時體現抓取的容差性、抓取控 制意圖和對于不同形狀尺寸物體的抓取適應性，能夠更為全面的代表人手的抓取能力。
[0003] 基于抓取姿勢對人手抓取功能的評估已被廣泛應用在康復領域，用于評估人手 的傷殘等級，還可用于評估仿人假手的性能。例如南安普頓大學研發SouthamptonHand AssessmentProce化re(SHAP)被廣泛應用到了人手抓取功能評估和假手性能評估上。但 SHAP等人提出的人手抓取能力評估方法沒有考慮到手和手腕的協同完成容差性抓取的情 況。因此，研制一種能夠考慮手和手腕的協同抓取，基于容差性抓取不同物體的人手/假手 抓取能力評估方法就顯得尤為重要。
【發明內容】
[0004] 本發明是為了解決現有的人手或假手評估方法并不能實現手和手腕的協同抓取 的容差性的評估的問題，因此提出了一種人手或假手抓取能力評估系統和評估方法。 陽0化]本發明所述的人手或假手抓取能力評估系統，它包括實驗桌1，它還包括相對位置 坐標紙2、計算機6、音響7、鼠標8、前臂位置固定裝置9、任務范式存儲模塊、抓取能力評估 模塊、抓取任務調取模塊、抓取任務開始按鈕、抓取任務完成按鈕、抓取時間計時模塊；
[0006] 音響7連接計算機6的音頻信號輸出端，鼠標8通過USB接口與計算機6連接，且 計算機6、音響7和鼠標8均設置在實驗桌1上；
[0007] 相對位置坐標紙2水平鋪設在實驗桌1的上表面，用于進行抓取實驗時放置目標 抓取裝置，用于為實驗者提供水平面內不同相對位置的坐標引導；
[0008] 前臂位置固定裝置9臨近相對位置坐標紙2設置，前臂位置固定裝置9包括可調 高度鐵架臺和直尺；
[0009] 可調高度鐵架臺，用于水平支撐前臂且高度可調，用于調整前臂與桌面的相對高 度，且固定人手或假手的前臂的位置，使前臂不會產生任何方向上的位置移動，但不影響手 腕自由擺動；
[0010] 直尺固定在可調高度鐵架臺的側面，用于調整前臂與桌面相對高度的指示；
[0011] 任務范式存儲模塊，用于存儲抓取任務的范式；
[0012] 抓取任務調取模塊，用于隨機調取任務范式存儲模塊內存儲的抓取任務范式，并 將調取的抓取任務范式發送至計算機的顯示器進行顯示；
[0013] 抓取任務開始按鈕模塊，每項抓取任務開始時通過鼠標進行觸發，向抓取時間計 時模塊發送計時開始信號，當接收到抓取任務完成按鈕的完成信號后，延時ts后，自動向 抓取時間計時模塊發送計時開始信號直至接收到所執行的抓取任務中的最后一個范式完 成時抓取任務完成按鈕發送的完成信號，停止進行延時；其中，t為正數；
[0014] 抓取任務完成按鈕模塊，通過鼠標進行觸發，用于向抓取時間計時模塊發送計時 結束信號；同時向抓取任務開始按鈕模塊發送計時結束信號；
[0015] 抓取時間計時模塊，用于接收抓取任務開始按鈕發送的計時開始信號，對執行抓 取任務的時間進行計時，接收抓取任務完成按鈕發送的計時結束信號，結束計時，并將計時 信號發送至計算機進行顯示，同時將計時信號發送抓取能力評估模塊；
[0016] 抓取能力評估模塊，用于接收抓取時間計時模塊發送的任務抓取過程計時信號， 并根據抓取時間計時模塊發送的任務抓取過程計時信號，對人手或假手的抓取能力進行評 估，并將評估結果發送至計算機的顯示器進行顯示。
[0017] 采用人手或假手抓取能力評估系統的評估方法，該方法包括：
[0018] 通過鼠標對抓取任務調取模塊進行觸發隨機調取任務范式存儲模塊內存儲的抓 取任務的步驟；該步驟還包括將調取的任務發送至計算機的顯示器進行顯示的步驟；
[0019] 采用前臂位置固定裝置9對前臂進行固定的步驟；
[0020] 開始按照計算機顯示屏顯示的任務范式抓取物品的任務，通過鼠標觸發抓取任務 開始按鈕，并向抓取時間計時模塊發送計時開始觸發信號，對抓取任務時間進行計時的步 驟；
[0021] 抓取任務完成后，通過鼠標觸發抓取任務完成按鈕，并向抓取時間計時模塊發送 計時結束信號，抓取時間計時模塊結束計時，并向抓取能力評估模塊發送任務抓取過程所 用的時間的步驟；
[0022] 重復執行η次：開始按照計算機顯示屏顯示的任務范式抓取物品的任務，通過鼠 標觸發抓取任務開始按鈕，并向抓取時間計時模塊發送計時開始觸發信號，對抓取任務時 間進行計時的步驟和抓取任務完成后，通過鼠標觸發抓取任務完成按鈕，并向抓取時間計 時模塊發送計時結束信號，抓取時間計時模塊結束計時，并向抓取能力評估模塊發送任務 抓取過程所用的時間的步驟；η為正整數；
[0023] 接收抓取時間計時模塊發送的任務抓取過程計時信號，并根據任務抓取過程所用 的時間信號對人手或假手的抓取能力進行評估，并將評估結果發送至計算機的顯示器進行 顯示的步驟。
[0024] 本發明的有益效果是：本發明包括手腕的人手/假手抓取能力評估方法通過考慮 人手抓取容差，在考慮人手抓取功能的基礎上，融入手腕運動對抓取功能的影響，建立了評 估的抓取實驗范式，被評估者根據抓取實驗范式完成評估實驗，W被評估者完成每個抓取 任務的時間作為抓取能力的客觀評估依據，建立了較為全面的能夠體現人手抓取功能的人 手/假手抓取能力評估方法。此方法將提高人手/假手抓取能力評估的全面性，設計的量 化評估人手/假手抓取能力的方法，能夠更加全面、直觀、準確的評估不同被評估者的抓取 能力，此種評估實驗范式還可用在人手及手腕運動功能障礙者和假手使用者抓取能力的康 復上。實現了手和手腕的協同抓取的容差性的評估。
【附圖說明】
[00巧]圖1為本發明所述人手或假手抓取能力評估系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[00%]
【具體實施方式】一、結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的人手或假手抓取 能力評估系統，它包括實驗桌1，它還包括相對位置坐標紙2、計算機6、音響7、鼠標8、前臂 位置固定裝置9、任務范式存儲模塊、抓取能力評估模塊、抓取任務調取模塊、抓取任務開始 按鈕、抓取任務完成按鈕、抓取時間計時模塊；
[0027] 音響7連接計算機6的音頻