[发明专利]一种可穿戴的脑控智能假肢

说明书

技术领域

本发明属于人肢体的可穿戴智能替代物及其精密控制领域，具体涉及了一种可穿戴的脑控智能假肢。

背景技术

在我国经济不断发展的同时，残疾人福利事业也逐渐成为了促进社会和谐发展与进步的重点，加大残疾人福利事业发展的力度能够起到减小社会压力、减轻家庭负担、提高残疾人生活质量的作用。根据2006年全国残疾人数量统计显示，各类残疾人总量和占总人口比例都有所上升，而肢体残疾2412万人，占残疾人总数的29.07％，其中因为截肢、肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）、成骨不全症（Osteogenesis Imperfecta，OI）等缺乏肢体行动能力或肌肉控制能力的残疾人数量众多。现阶段我国上肢残疾患者仍有部分未使用假肢，然而已安装的假肢多数则是装饰性，以及功能简单的机械式或肌电假肢，这类假肢不适用于不能产生良好肌电信号的患者，且其功能相对简单，不够灵活、智能，并不能满足上述残疾人的需要，灵巧实用的智能假肢在国内市场上有大量潜在需求。传统肌电假肢不适用于一些缺乏肌肉控制能力的患者，且使用过程中肌肉疲劳引起的肌电变化也影响了假肢的使用，现有阶段解决这一问题的可行方法是通过脑机接口技术（Brain Machine Interface，BMI）直接建立大脑和假肢之间的“外部神经”。目前用于人体的脑控假肢及其控制系统尚存在着各种不同的问题。侵入式的脑机接口尽管在信号质量上有明显优势，但要在人体上植入电极仍然存在实验技术、伦理道德等诸多问题；非侵入式脑控装备及其检测设备尚不能小型化、便携化，安装过程不够简便，不能作为产品投入使用；假肢本体也未利用感知信息融合技术提高假肢作业能力，形成智能假肢；此外非常重要的是脑控智能假肢控制器的可穿戴化、便携化问题，信号分析和控制程序不应是在PC机或笔记本上完成，而是应该利用可穿戴计算和嵌入式技术将相关设备微小化、便携化。

发明内容

本发明目的是：本发明采用非侵入式脑机接口技术与智能假肢的精密自适应控制技术结合驱动智能假肢，并采用了可穿戴计算和嵌入式技术将系统设备微小化、可穿戴，实现了一种可穿戴的脑控智能假肢系统。

本发明的技术方案是：一种可穿戴的脑控智能假肢，包括：

可穿戴式脑电信号检测传感器装置，通过布置于大脑头皮层的皮肤干电极检测脑电信号；

可穿戴式脑电信号采集放大装置，穿戴于人体头部，将脑电信号检测传感装置检测的信号进行采集、滤波和放大处理，并传输到脑电信号的识别装置；

可穿戴式脑电信号识别装置，将从脑电信号的采集放大装置得到的信号进行特征提取、大脑意图模式识别，并将最终识别的结果发送给可穿戴式智能假肢驱动控制装置；

可穿戴式智能假肢驱动控制装置，在得到可穿戴式脑电信号识别装置传入的识别结果后，驱动智能假肢本体完成相应动作并处理智能假肢的感知装置的反馈信息；

智能假肢的感知装置，利用布置于智能假肢本体的传感器，感知智能假肢运动状态并反馈给可穿戴式智能假肢驱动控制装置，完成智能假肢的精密自适应控制过程。

进一步的，所述可穿戴式脑电信号检测传感器装置固定在可穿戴式脑电信号采集放大装置上。

进一步的，所述的可穿戴式脑电信号采集放大装置为头戴式，佩戴于人体头部，所获得的脑电信号通过蓝牙传送给所述可穿戴式脑电信号识别装置。

进一步的，所述智能假肢的感知装置，包括安装于假肢手部的3维惯性传感器、安装于假肢手指的PVDF触滑觉传感器和力传感器。

进一步的，所述可穿戴式脑电信号识别装置的微处理器为ARM11。

进一步的，所述可穿戴式智能假肢驱动控制装置与可穿戴式脑电信号识别装置共用一块ARM11微处理器作为主控制器。

一种脑电驱动的智能假肢的控制方法，包括以下步骤：

（1）根据脑电控制智能假肢的脑皮层位置采集脑电信号；

（2）将所采集的脑电信号进行采集滤波和放大预处理；

（3）对预处理过的脑电信号进行特征提取和模式识别；

（4）根据模式识别的结果驱动智能假肢进行相应的模式动作；

（5）以智能假肢的动作状态和环境感知信息，以及动作模式前后关系作为反馈，进行智能假肢的精密自适应控制；