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智能肌电假手控制系统研究

王浩  
【摘要】:肌电控制假手是利用肌电作为控制信号的动力假肢,是一种生物电控制的典型的“人-机”系统。其工作原理是利用残肢者手臂上的残端肌肉中检测出的肌电位变化作为假手动作的控制信号,控制假手动作,从而代替人躯体上失去的手臂。与其它方式控制的假手比起来具有很多的优越性,因而受到患者的青睐,拥有广阔的市场,也成为上肢假肢研究中的一个热点。 随着康复工程、机械、电子学的发展,肌电假手的研究也逐渐深入,向着更加智能化发展。传统肌电假手采用开环控制,最大弊病是缺少感觉功能,始终以恒力、恒速来进行物体抓取。由于控制系统较简单,对于刚性物体的抓取还是实用的。但对于易变形物体(如薄膜工件、柔软材料等)、易碎物体(鸡蛋、玻璃制品等)就可能造成变形、破碎或对表面造成损伤。还有环境的变化,如一个外力突然作用在被握物体上,被握物体可能脱落。智能假肢技术是用工程方法模拟人的感觉和智能行为,利用传感器获取外部信息,形成闭环控制,其关键技术在于传感器和控制系统。为了使假手有握物感觉和具备握力自适应性,本论文分析了人手握物过程以及感觉信息传递,提出在假手握力控制中采用到人体的大闭环和假手的小闭环联合控制方案,研制了用于检测指物之间触觉和滑觉的微型传感器。利用安装在假手手指前端的触、滑觉传感器,来对握物状态进行实时识别。假手的握力控制采用了模糊控制技术,使假手能根据物体的滑动速度随时自适应握力调整,保证以最小握力实现无滑移抓取控制。 实验表明,本控制方案可行。假手握物过程拟人性好,响应快,握物稳定,可靠。但带有触滑觉肌电假手是一种新的假肢模式,其完善和产品化还需要更多的学者和工程技术人员的不断努力。


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