專(zhuān)利名稱(chēng)：語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用聲控技術(shù)與肌電控制技術(shù)的電子假手，尤其是一種通過(guò)語(yǔ) 音識(shí)別模塊和無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)傳輸模塊或者通過(guò)提取殘肢的肌電信號(hào)來(lái)對(duì)多自由度假手進(jìn)行 控制的假手裝置。
背景技術(shù)：
健全的雙手對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)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(fù)雜的動(dòng)作。但是現(xiàn)實(shí)中由于交通事故，自然災(zāi)害，工傷，戰(zhàn)爭(zhēng)以及先 天性疾病等諸多因素，殘肢患者為數(shù)甚多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界殘肢患者有數(shù)千萬(wàn)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(zhì)量，各種假手應(yīng)運(yùn)而生。因此，手 缺損的重建一直是康復(fù)工程的一個(gè)重要課題。理想的假手應(yīng)在形狀和功能上與真手一樣。它不僅能替代人手的感覺(jué)和運(yùn)動(dòng) 功能，而且還要像人手一樣具有優(yōu)美的外形。但目前的技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)理想的要 求。人體上肢機(jī)構(gòu)模型有27個(gè)自由度。其中手指部分有20個(gè)自由度。但目前科學(xué)水 平還不能做到具有27個(gè)自由度的電子假手。美國(guó)、日本實(shí)驗(yàn)研究的假手有7—11個(gè)自由 度，但目前臨床使用的假手最多為3個(gè)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(gè)動(dòng)作。盡管假手設(shè)計(jì)者面臨著巨大的技術(shù)困難，但假手的 設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下標(biāo)準(zhǔn)具有多種抓握模式并根據(jù)物體的形狀自動(dòng)調(diào)節(jié)；物體的紋理、形 狀和溫度可作為反饋信息；具有本體感覺(jué)；重量輕，外觀(guān)好；可以在潛意識(shí)下控制。雖 然世界上商品化的假肢已達(dá)上千種，但無(wú)一能達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)。目前最先進(jìn)的電子假手僅能完成人手的極少部分功能，而且其準(zhǔn)確率也不能令 人滿(mǎn)意，都存在各自的不足之處。當(dāng)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(yōu)點(diǎn)是利用殘存肌肉系統(tǒng)以生理方式控制假肢的運(yùn)動(dòng)功能，但肌電 控制本質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，患者僅能用視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)作為反饋信號(hào)，這就需要患者 集中精力來(lái)控制假肢，而不利于對(duì)假肢狀況的掌握，而且有些患者殘肢由于殘肢過(guò)短、 肌電信號(hào)弱等因素影響，導(dǎo)致肌電信號(hào)過(guò)弱而無(wú)法通過(guò)肌電信號(hào)控制假手。現(xiàn)在市場(chǎng)又 出現(xiàn)語(yǔ)音控制的假手，這個(gè)的出現(xiàn)，給那些無(wú)法提取肌電的患者帶來(lái)了福音，但是語(yǔ)音 控制的假手對(duì)于患者的聲音要求比較高。需要與患者訓(xùn)練時(shí)聲音的音頻和音色比較接 近，例如患者使用時(shí)由于感冒或喉嚨沙啞無(wú)法發(fā)出與訓(xùn)練時(shí)的聲音而導(dǎo)致控制失效。語(yǔ) 音假手在需要安靜的環(huán)境下使用不方便，如在會(huì)議中。因此，需要一種基于語(yǔ)音與肌電 混合控制技術(shù)的假手，它結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)患者的需求進(jìn)行切換，取長(zhǎng)補(bǔ)短， 這對(duì)于患者來(lái)說(shuō)無(wú)疑又是一個(gè)福音。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，該電子假手具有語(yǔ)音控 制系統(tǒng)和肌電控制系統(tǒng)，可以根據(jù)使用的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行語(yǔ)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(jù)所處場(chǎng)合的不同，選擇最合適有效的控制方式。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，包括語(yǔ)音控制 系統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語(yǔ)音控制和肌電控制切換系統(tǒng)，語(yǔ)音切換控制關(guān)節(jié)系統(tǒng)，其特點(diǎn) 是 語(yǔ)音控制和肌電 “肌電”時(shí)，輸出一個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)肌電控制系統(tǒng)工作；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令 “語(yǔ)音”時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別芯片接通語(yǔ)音控制系統(tǒng)來(lái)控制假手；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指 令“協(xié)同”時(shí)，由語(yǔ)音識(shí)別芯片接收使用的語(yǔ)音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)至肌 電控制系統(tǒng)進(jìn)行假手關(guān)節(jié)的切換，語(yǔ)音控制系統(tǒng)與肌電控制系統(tǒng)同時(shí)工作。語(yǔ)音切換控制關(guān)節(jié)系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別芯片，肌電控制的單片機(jī)；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯 片接收到使用者說(shuō)出指令“手部”，輸出一個(gè)高電平給肌電控制的單片機(jī)上控制手頭 的引腳，單片機(jī)接到信號(hào)從而控制手部的開(kāi)合；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收到使用者說(shuō)出指令 “腕部”輸出控制信號(hào)給肌電控制的單片機(jī)上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左旋和
右旋；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收到使用者說(shuō)出指令“肘部”，輸出控制信號(hào)給肌電控制的單 片機(jī)上控制肘部的引腳，從而控制肘部的屈伸。語(yǔ)音控制系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別芯片，驅(qū)動(dòng)電路，語(yǔ)音芯片接收由使用者說(shuō)出的指 令，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后輸入驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)假手動(dòng)作。肌電控制系統(tǒng)包括前置放大電路，雙T濾波網(wǎng)，后置放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，單 片微機(jī)，經(jīng)過(guò)前置放大電路輸入至雙T濾波網(wǎng)進(jìn)行濾波處理，并經(jīng)后置放大電路一次放 大后送入A/D轉(zhuǎn)換及單片微機(jī)進(jìn)行分析。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明兼?zhèn)渎暱嘏c肌電兩種控制方式，當(dāng)使用者使用一種控制的時(shí)候，另一種控制 方式會(huì)被切斷從而停止作用。當(dāng)使用者處于聲音控制時(shí)，可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)切換至肌電控 制，也可以通過(guò)一個(gè)控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)切換至肌電控制；當(dāng)使用者處于肌電控制時(shí)，聲音 控制處于休眠狀態(tài)，但可以接收一些特定的命令來(lái)切換至聲音控制，也可以通過(guò)控制轉(zhuǎn) 換開(kāi)關(guān)來(lái)切換至聲音控制部分。在肌電控制方式的前提下，本發(fā)明還可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)切 換所控制的關(guān)節(jié)。本發(fā)明可以控制手頭開(kāi)合、腕關(guān)節(jié)的正反轉(zhuǎn)及肘關(guān)節(jié)的伸屈動(dòng)作等三個(gè)自由度 的動(dòng)作，其中可以是控制其中的單獨(dú)一個(gè)、同時(shí)二個(gè)或三個(gè)自由度。本發(fā)明運(yùn)用繼電器邏輯控制邏輯電路來(lái)控制假手三個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)控制假手驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)假手開(kāi)/合、內(nèi)/外旋或屈/伸的 功能。


圖1是本發(fā)明的語(yǔ)音控制假手部分的原理示意圖； 圖2是本發(fā)明的肌電控制假手部分的原理示意圖3是假手單自由度動(dòng)作轉(zhuǎn)換繼電器接線(xiàn)圖4是開(kāi)關(guān)切換控制單元的的原理示意圖5是假手語(yǔ)音信號(hào)放大與繼電器控制電路總接線(xiàn)圖；圖6是語(yǔ)音切換控制單元的原理示意圖； 圖7是通過(guò)語(yǔ)音切換控制關(guān)節(jié)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1到圖7所示，本發(fā)明的語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，由語(yǔ)音控制系 統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語(yǔ)音控制系統(tǒng)和肌電控制切換系統(tǒng)組成。如圖1所示，語(yǔ)音控制系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別芯片，驅(qū)動(dòng)電路，語(yǔ)音芯片接收由使 用者說(shuō)出的指令，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后輸入驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)假手動(dòng)作。使用前，使用者者需進(jìn) 行訓(xùn)練，使用者給聲控假手裝置訓(xùn)練若干條命令；使用時(shí)，使用者發(fā)出與訓(xùn)練時(shí)相同的 語(yǔ)音命令，程序識(shí)別出語(yǔ)音命令后，將信號(hào)輸出給假手以控制假手做出相應(yīng)動(dòng)作。如圖2所示，肌電控制系統(tǒng)包括前置放大電路，雙T濾波網(wǎng)，后置放大電路， A/D轉(zhuǎn)換，單片微機(jī)。由人體解剖學(xué)知識(shí)可以知道，掌指關(guān)節(jié)和指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是由人體發(fā)出的肌電信 號(hào)控制的，但是人體肌肉中的肌電信號(hào)是十分微弱的(數(shù)十微伏)。對(duì)于如此微弱的信 號(hào)，因此，首先經(jīng)過(guò)前置放大電路對(duì)它進(jìn)行放大以后才能對(duì)它進(jìn)行后續(xù)的處理，經(jīng)過(guò)處 理過(guò)的信號(hào)中有干擾存在，必須經(jīng)過(guò)雙T濾波網(wǎng)對(duì)它作濾波處理。然后經(jīng)過(guò)選頻網(wǎng)絡(luò)選 取出對(duì)有用信號(hào)分析最有利的點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)后置放大電路一次放大，放大后的信號(hào)送入A/ D轉(zhuǎn)換，然后輸入單片微機(jī)進(jìn)行分析。實(shí)現(xiàn)假手一個(gè)自由度動(dòng)作的轉(zhuǎn)換需要兩個(gè)繼電器， 實(shí)現(xiàn)四個(gè)開(kāi)關(guān)控制假手開(kāi)合的轉(zhuǎn)換，針腳電路連接見(jiàn)附圖3。圖4是通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制 假手的控制方式開(kāi)關(guān)控制假手的四種狀態(tài)，狀態(tài)A為假手只受語(yǔ)音控制，肌電控制處 于斷電狀態(tài)；狀態(tài)B為假手只受肌電控制，語(yǔ)音控制處于斷電狀態(tài)；狀態(tài)C為肌電控制 假手運(yùn)動(dòng)，語(yǔ)音控制則切換假手被控關(guān)節(jié)狀態(tài)，狀態(tài)D為由語(yǔ)音命令來(lái)控制所有切換。 圖5是假手語(yǔ)音信號(hào)放大與繼電器控制電路(輸出控制)的總接線(xiàn)圖。假手的手指、腕 關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)處設(shè)有行程限位開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)信號(hào)可作為輸出控制電路中的繼電器的信號(hào)源 來(lái)控制動(dòng)作假手單自由度驅(qū)動(dòng)電機(jī)M的急停。語(yǔ)音芯片接收由麥克風(fēng)的命令，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音 芯片的處理，語(yǔ)音芯片的引腳輸出電平控制二個(gè)繼電器工作，繼電器的引腳輸出電平來(lái) 控制假手的各個(gè)動(dòng)作的完成。本發(fā)明可以在狀態(tài)3時(shí)處于肌電控制方式，語(yǔ)音控制處于 待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)處于狀態(tài)4的時(shí)候，本發(fā)明則通過(guò)語(yǔ)音來(lái)切換假手的控制單元。如圖6所示，語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“肌電”語(yǔ)音芯片分析處理，輸出一 個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)肌電系統(tǒng)的單片機(jī)工作；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“語(yǔ)音”時(shí)， 語(yǔ)音識(shí)別芯片講接通語(yǔ)音模塊與假手間的控制；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“協(xié)同” 時(shí)，則由語(yǔ)音識(shí)別芯片接收使用的語(yǔ)音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)至肌電控制電 路進(jìn)行關(guān)節(jié)的切換，語(yǔ)音控制 與肌電控制同時(shí)工作。本發(fā)明可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)切換控制關(guān) 節(jié)如圖7。當(dāng)使用者說(shuō)出指令“手部”語(yǔ)音識(shí)別芯片輸出一個(gè)高電平給肌電控制的單片 機(jī)上控制手頭的引腳，單片機(jī)接到信號(hào)從而控制手部的開(kāi)合。當(dāng)說(shuō)出指令“腕部”語(yǔ)音 識(shí)別芯片同樣輸出控制信號(hào)給肌電控制的單片機(jī)上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左 旋和右旋。當(dāng)說(shuō)出指令“肘部”語(yǔ)音識(shí)別芯片同樣輸出控制信號(hào)給肌電控制的單片機(jī)上 控制肘部的引腳，從而控制肘部的屈伸。這樣就實(shí)現(xiàn)了在肌電控制的假手的情況下，通過(guò)語(yǔ)音來(lái)切換控制的關(guān)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，包括語(yǔ)音控制系統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語(yǔ)音控 制和肌電控制切換系統(tǒng)，語(yǔ)音切換控制關(guān)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述語(yǔ)音控制和肌電控 制切換系統(tǒng)由語(yǔ)音識(shí)別芯片組成，當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“肌電”時(shí)，輸出一個(gè) 控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)肌電控制系統(tǒng)工作；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“語(yǔ)音”時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別 芯片接通語(yǔ)音控制系統(tǒng)來(lái)控制假手；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“協(xié)同”時(shí)，由語(yǔ)音 識(shí)別芯片接收使用的語(yǔ)音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)至肌電控制系統(tǒng)進(jìn)行假手關(guān) 節(jié)的切換，語(yǔ)音控制系統(tǒng)與肌電控制系統(tǒng)同時(shí)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，其特征在于所述語(yǔ)音切 換控制關(guān)節(jié)系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別芯片，肌電控制的單片機(jī)；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收到使用者 說(shuō)出指令“手部”，輸出一個(gè)高電平給肌電控制的單片機(jī)上控制手頭的引腳，單片機(jī)接 到信號(hào)從而控制手部的開(kāi)合；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收到使用者說(shuō)出指令“腕部”輸出控制 信號(hào)給肌電控制的單片機(jī)上控制腕部的引腳，從而控制腕部的左旋和右旋；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別 芯片接收到使用者說(shuō)出指令“肘部”，輸出控制信號(hào)給肌電控制的單片機(jī)上控制肘部的 引腳，從而控制肘部的屈伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，其特征在于所述語(yǔ)音控 制系統(tǒng)包括語(yǔ)音識(shí)別芯片，驅(qū)動(dòng)電路，語(yǔ)音芯片接收由使用者說(shuō)出的指令，經(jīng)過(guò)信號(hào)放 大后輸入驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)假手動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，其特征在于所述肌電控 制系統(tǒng)包括前置放大電路，雙T濾波網(wǎng)，后置放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，單片微機(jī)，經(jīng)過(guò)前 置放大電路輸入至雙T濾波網(wǎng)進(jìn)行濾波處理，并經(jīng)后置放大電路一次放大后送入A/D轉(zhuǎn) 換及單片微機(jī)進(jìn)行分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種語(yǔ)音/肌電混合控制的電子假手，包括語(yǔ)音控制系統(tǒng)，肌電控制系統(tǒng)，語(yǔ)音控制和肌電控制切換系統(tǒng)，語(yǔ)音切換控制關(guān)節(jié)系統(tǒng)，語(yǔ)音控制和肌電控制切換系統(tǒng)由語(yǔ)音識(shí)別芯片組成，當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“肌電”時(shí)，輸出一個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)肌電控制系統(tǒng)工作；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“語(yǔ)音”時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別芯片接通語(yǔ)音控制系統(tǒng)來(lái)控制假手；當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別芯片接收語(yǔ)音指令“協(xié)同”時(shí)，由語(yǔ)音識(shí)別芯片接收使用的語(yǔ)音控制命令，經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)至肌電控制系統(tǒng)進(jìn)行假手關(guān)節(jié)的切換，語(yǔ)音控制系統(tǒng)與肌電控制系統(tǒng)同時(shí)工作。本發(fā)明具有語(yǔ)音控制系統(tǒng)和肌電控制系統(tǒng)，可以根據(jù)使用的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的控制切換。
文檔編號(hào)A61F2/72GK102008362SQ20101060894
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者喻洪流, 官龍, 張志敏, 林起彪, 簡(jiǎn)卓 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué), 丹陽(yáng)假肢廠(chǎng)有限公司