[实用新型]一种基于生物电阻测量的仿生假肢

说明书

技术领域

本实用新型涉及假肢控制技术领域，具体地，涉及一种基于生物电阻测量的仿生假肢。

背景技术

仿生假肢是截肢患者生活的不可缺少的部分，然而现今市场上的假肢多为纯机械构造的假肢。这种假肢虽然经济实惠但是功能简单，往往无法满足患者除了抓举外更多的需求。通过电子控制的高级假肢虽然可以完成更多更复杂的动作，但是价格不菲。正在研究中的生物假肢通过复杂的模式识别运算来解读肌肉神经上的肌肉生物信号（EMG）从而控制机械臂，这些机械臂功能更强大，但是系统也同时更复杂。而且为了达到更好的控制效果，往往需要从手臂上植入电极。

生物电阻测量是一种无创的测量方式。目前被广泛运用于鉴别生物样本的病变，大脑区域成像，以及逐渐商业化的肺部成像。其原理是通过激励电极输入恒定电流（电流激励法）或电压（电压激励法），并采集由激励源产生的诱导电压或者诱导电流。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种基于生物电阻测量的仿生假肢，能够通过解读大脑控制的肌肉生物信号实现控制假肢的目的，从而满足多个动作的实施，同时降低假肢成本。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于生物电阻测量的仿生假肢，主要包括：生物电阻测量模块、信号处理控制模块和机械手，所述信号处理控制模块通过线缆向生物电阻测量模块发送激励信号，在激励信号的作用下生物电阻测量模块对生物电阻进行测量，将测量数据回传至信号处理控制模块，所述信号控制处理模块对测量数据进行生物电阻分布分析并通过神经元网络解读肌肉的运动方式，根据解读结果，数据通过线缆向机械手发出控制命令信号，机械手根据控制命令信号执行相应的动作。

进一步地，所述动作包括手指运动，手腕运动，以及拇指关节处的上下运动。

进一步地，所述激励信号为电压激励信号或者电流激励信号；所述生物电阻测量模块具体包括可穿戴在截肢部位的生物电阻测量腕带，所述生物电阻测量腕带包括均匀分布在腕带内侧的电极。

进一步地，所述电极由导电布构成，所述电极的数量N=2^n，n为大于或等于2的自然数。

进一步地，当激励信号为电流激励信号时，所述生物电阻测量模块为无源电极测量模块，具体为激励电压经电流源后产生AC电流，通过模拟开关向导电布电极进行激励。

进一步地，所述生物电阻测量模块包括电流源、模拟开关、运算放大器、滤波器、可编程增益放大器和模数转换电路，电流源通过模拟开关对电极进行激励，激励后运算放大器测量生物电阻信号，得到的生物电阻信号经滤波器、可编程增益放大器和模数转换电路的处理，将生物电阻信号传递至信号处理控制模块；

所述信号处理控制模块接收生物电阻测量模块中模数转换结果，并对生物电阻信号进行实部和虚部的解调,具体还包括数字控制模块、数模换电路模块，所述数字控制模块通过控制直接数字式频率合成器DDS和数模转换电路模块产生激励电压供给电流源，所述数字控制模块还对模拟开关进行选开控制。

进一步地，所述信号控制处理模块还包括存储模块，肌肉或者骨骼佩戴腕带后，肌肉或骨骼作出相应的运动，信号控制处理模块控制腕带的生物电阻测量模块测量并采集生物电阻信号，并进行解调，随后在数字控制模块的控制下，将相应的运动与采集并解调后的生物电阻数据进行存储，用于神经元网络训练。

进一步地，所述信号处理控制模块还包括神经元网络模块，神经元网络模块的控制包括训练和实施，所述神经元网络的训练具体为，在某一特定动作下，在信号处理控制模块控制下的生物电阻测量模块不断对生物电阻信号进行采集，通过对大量数据的学习，神经元网络学习并记忆该项特定动作；所述神经元网络的实施具体为，运用训练后的神经元网络，当假肢佩戴者再次实施该特定动作时，生物电阻测量模块会采集到与神经元网络训练时同样类别的信号，通过神经元网络，此信号将被神经元网络解读为一特定动作，在信号处理控制模块的控制下调用该项特定动作的数据，向机械手发送控制指令，使机械手实现该项特定的动作。

进一步地，所述信号处理控制模块还包括通讯模块，通过通讯模块将采集到的生物阻抗数据传递给PC或手机终端，通过PC或手机终端对某一特定动作的生物阻抗数据进行神经元网络的学习和计算，并通过通讯模块反馈至信号处理控制模块，在信号处理控制模块的控制下，使机械手作出特定动作。

进一步地，当激励信号为电流激励信号时，所述生物电阻测量模块为有源电极测量模块。