一种带有感知反馈功能的假肢系统

1.一种带有感知反馈功能的假肢系统，包括与残疾人的残肢部连接且具有动作执行机构的假肢，其特征在于还包括：
语音信号采集与处理模块，采集残疾人用以实现对假肢动作转换、大尺度移动和锁定动作进行控制的语音信号；
脑电波采集与处理模块，获取残疾人用以实现对假肢精细进行控制的脑电波信号；
压力采集模块，设置于假肢末端，用于采集假肢末端的实时压力值；
感知反馈模块，设置于残疾人的残肢部，根据假肢末端的实时压力值产生电流信号对残肢部进行刺激，使得残疾人实时修正自己的脑电波信号；
控制模块，接收所述语音信号、脑电波信号，形成控制动作执行机构完成假肢动作的控制指令；接收所述实时压力值，形成控制感知反馈模块对残肢部产生刺激电流的控制指令；
所述脑电波采集与处理模块具有两个分别连接于残疾人前额和耳垂的用于采集脑电波的传感器，处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波和三个eSense参数：专注度、放松度和眨眼侦测；
所述感知反馈模块包括互相连接的贴片电极和电子脉冲驱动电路，所述贴片电极贴附于使用者的残肢部，所述电子脉冲驱动电路接收控制模块发送的相应控制信号并将其转换为频率调制信号从而驱使贴片电极产生相应的刺激电流。
2.根据权利要求1所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其特征在于，所述脑电波采集与处理模块还连接有用以实现与控制模块之间进行无线通信的蓝牙接口和模块。
3.根据权利要求1所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其特征在于，所述语音信号采集与处理模块采用非特定人单芯片语音识别芯片。
4.根据权利要求1所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其特征在于，所述压力采集模块采用聚合体薄膜力敏电阻材料制成的贴片式传感器。
5.根据权利要求1所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其特征在于，控制模块由主控制芯片、数据程序存储单元、通信模块、接口模块组成。

一种带有感知反馈功能的假肢系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及假肢领域，尤其为一种带有感知反馈功能的假肢系统。\n背景技术\n[0002] 目前，人形义肢在市场上已有各种成熟产品销售，其中包括了一些具有简单功能的智能义肢。这些产品多数是只具有装饰性功能的义肢，这部分义肢仅仅提供装饰性作用，无法给残障人士提供生活上的帮助与便利。还有一部分义肢是具有简单功能的智能义肢，这部分义肢仅仅采集简单的肌电信号，利用残肢肌肉的紧张与松弛来控制义肢完成简单的抓取和放下动作。该类义肢仅能帮助残障人士完成一些简单粗暴的大尺度动作，无法帮助残障人士完成日常生活中大量的精细化动作。当前一些研究机构的最新研究方向将语音和脑电信号引入义肢控制系统，这类义肢通过语音信号和脑电信号控制义肢的动作，相较肌电控制义肢，动作更为灵活多样，操作更为精细。但该类设备的一个重要缺陷是采用了开环控制方式，残障人士在使用这类义肢时，完全无法获知到义肢末端的触觉信息,也就是说义肢使用者是没有“触感”的。本发明增加了压力采集和感知反馈模块，将义肢末端的“触感”信息通过压力采集模块和感知反馈模块传导给义肢使用者，使使用者获取了与真实肢体类似的“触感”。通过这种闭环反馈控制系统，义肢使用者完全可以按照自己的真实意图去操控义肢，并能够实时的获知义肢末端的触控压力大小，便于及时调整自己的控制意图，实现精细操控的目的。\n发明内容\n[0003] 本发明目的在于解决现有的假肢系统不能完成精细化动作的问题，提供了一种带有感知反馈功能的假肢系统，具体由以下技术方案实现：\n[0004] 一种带有感知反馈功能的假肢系统，包括与残疾人的残肢部连接且具有动作执行机构的假肢，还包括：\n[0005] 语音信号采集与处理模块，采集残疾人用以实现对假肢动作转换、大尺度移动和锁定动作进行控制的语音信号；\n[0006] 脑电波采集与处理模块，获取残疾人用以实现实现对假肢精细进行控制的脑电波信号；\n[0007] 压力采集模块，设置于假肢末端，用于采集假肢末端的实时压力值；\n[0008] 感知反馈模块，设置于残疾人的残肢部，根据假肢末端的实时压力值产生电流信号对残肢部进行刺激，使得残疾人实时修正自己的脑电波信号；\n[0009] 控制模块，接收所述语音信号、脑电波信号，形成控制动作执行机构完成假肢动作的控制指令；接收所述实时压力值，形成控制感知反馈模块对残肢部产生刺激电流的控制指令。\n[0010] 所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其进一步设计在于，所述脑电波采集与处理模块具有两个分别连接于残疾人前额和耳垂的用于采集脑电波的传感器，处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波和三个eSense参数：专注度、放松度和眨眼侦测。\n[0011] 所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其进一步设计在于，所述脑电波采集与处理模块还连接有用以实现与控制模块之间进行无线通信的蓝牙接口和模块。\n[0012] 所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其进一步设计在于，所述语音信号采集与处理模块采用非特定人单芯片语音识别芯片。\n[0013] 所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其进一步设计在于，所述压力采集模块采用聚合体薄膜力敏电阻材料制成的贴片式传感器。\n[0014] 所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其进一步设计在于，所述感知反馈模块包括互相连接的贴片电极和电子脉冲驱动电路，所述贴片电极贴附于使用者的残肢部，所述电子脉冲驱动电路接收控制模块发送的相应控制信号并将其转换为频率调制信号从而驱使贴片电极产生相应的刺激电流。\n[0015] 所述的带有感知反馈功能的假肢系统，其进一步设计在于，控制模块由主控制芯片、数据程序存储单元、通信模块、接口模块组成。\n[0016] 本发明使得假肢使用者完全可以按照自己的真实意图去操控假肢，并能够实时的获知假肢末端的触控压力大小，便于及时调整自己的控制意图，实现精细操控的目的。\n附图说明\n[0017] 图1为本发明的实施例结构示意图。\n[0018] 图2为本发明的原理实现框图。\n具体实施方式\n[0019] 以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明：\n[0020] 如图所示，该带有感知反馈功能的假肢系统包括与残疾人的残肢部7连接且具有动作执行机构的假肢1，还包括：\n[0021] 语音信号采集与处理模块2，采集残疾人用以实现对假肢动作转换、大尺度移动和锁定动作进行控制的语音信号；该语音信号采集与处理模块采用非特定人单芯片语音识别芯片不需任何外接辅助Flash 和RAM，并且内置高精度A/D、D/A通道：不需外接AD 芯片，麦克风可直接接在芯片AD 引脚上，模块的集成度高，功耗低，适合便携式佩戴。不需要进行录音训练可直接使用，该技术无需使用者提前进行语音训练就可以完成语音识别，用户体验更好，同时识别准确度依然可以保持高水平。语音模块具有可动态编辑的识别关键词语列表：只要把识别的关键词语以字符串的形式传进芯片，就可以在下次识别中即刻生效。\n[0022] 脑电波采集与处理模块3，获取残疾人用以实现实现对假肢精细进行控制的脑电波信号；所述脑电波采集与处理模块具有两个分别连接于残疾人前额和耳垂的用于采集脑电波的传感器，处理并输出脑波频率谱、脑电信号质量、原始脑电波和三个eSense参数：专注度、放松度和眨眼侦测。\n[0023] 压力采集模块4，设置于假肢末端，用于采集假肢末端的实时压力值；该压力采集模块采用聚合体薄膜力敏电阻材料制成的贴片式传感器。聚合体薄膜力敏电阻材料对作用于其表面的正压力十分敏感，电阻值随着作用于表面的压力增大而减小，在10000g压力作用范围内具有良好的线性关系。\n[0024] 感知反馈模块5，设置于残疾人的残肢部，根据假肢末端的实时压力值产生电流信号对残肢部进行刺激，使得残疾人实时修正自己的脑电波信号；所述感知反馈模块包括互相连接的贴片电极和电子脉冲驱动电路，所述贴片电极贴附于使用者的残肢部，所述电子脉冲驱动电路接收控制模块发送的相应控制信号并将其转换为频率调制信号从而驱使贴片电极产生相应的刺激电流。\n[0025] 控制模块6，接收所述语音信号、脑电波信号，形成控制动作执行机构完成假肢动作的控制指令；接收所述实时压力值，形成控制感知反馈模块对残肢部产生刺激电流的控制指令。所述脑电波采集与处理模块还连接有用以实现与控制模块之间进行无线通信的蓝牙接口和模块。\n[0026] 控制模块具体由主控制芯片、数据程序存储单元、通信模块、接口模块组成。控制模块通过接口模块同时采集语音采集识别系统的语音指令和脑电波采集识别模块的脑电波数据，以这两种数据为基础形成驱动数据控制动作执行机构（舵机）运动，实现义肢的动作。\n[0027] 控制模块采集语音信号的命令实现义肢动作转换、大尺度移动和锁定等动作，这类动作采用开环控制方式，反馈模块不参与工作。\n[0028] 控制模块采集脑电波数据实现对义肢末端小尺度动作的控制，由脑电波数据来实现义肢的“精确”动作以及“握力”大小等的调整。同时控制模块将义肢末端压力传感数值通过反馈模块传递给使用者，使用者可以根据电极的“刺激”大小来调整脑电信号，完成“精确”动作及“握力”大小的调整。这种小尺度控制采用闭环控制方式工作。\n[0029] 本发明使得假肢使用者完全可以按照自己的真实意图去操控假肢，并能够实时的获知假肢末端的触控压力大小，便于及时调整自己的控制意图，实现精细操控的目的。