一种基于生物电阻测量的仿生假肢制造技术

本发明专利技术公开了一种基于生物电阻测量的仿生假肢，当大脑控制肌肉或骨骼运动时，通过腕带实时测量生物电阻的变化，再通过信号处理控制系统来解读这些变化所相对应的手掌动作，随之操纵机器手来达到大脑的控制目的。通过运用生物电阻测量/成像技术，避免了现有机械假肢繁琐，甚至是手术植入式电极的生物信号采集方式和复杂的模式识别运算控制方式。实现了假肢使用简单,无创，方便而且经济实惠的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物电阻测量的仿生假肢
本专利技术涉及假肢控制
，具体地，涉及一种基于生物电阻测量的仿生假肢。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，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，本专利技术采用的技术方案是：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。本专利技术各实施例的一种基于生物电阻测量的仿生假肢，当大脑控制肌肉或骨骼运动时，通过腕带实时测量生物电阻的变化，再通过信号处理控制系统来解读这些变化所相对应的手掌动作，随之操纵机器手来达到大脑的控制目的。通过运用生物电阻测量/成像技术，避免了现有机械假肢繁琐，甚至是手术植入式的生物信号采集和复杂的模式识别运算控制方式。实现了简单,无创，使用方便而且经济实惠的穿戴式生物假肢。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的工作过程原理示意图；图3为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的神经元网络训练和实施过程原理示意图；图4a为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的无源电极开关切换式系统结构图；图4b为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的有源电极并行系统；图4c本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的无源电极开关切换式系统与有源电极并行系统组合型系统结构图；图5为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的不同动作对应不同生物电阻信号图；图6为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的生物电阻测量原理图；图7为本专利技术实施例所述的一种基于生物电阻测量的仿生假肢的信号原理图。结合附图，本专利技术实施例中附图标记如下：1-机械手；2-生物电阻测量腕带；3-腕带内部的电极；4-信号处理控制系统；5-机械手的拇指关节；6-整体结构图；7-解读生物电阻信号图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。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。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。所述激励信号为电压激励信号或电流激励信号；所述生物电阻测量模块具体为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。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。当激励信号为电流激励信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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，所述信号处理控制模块对测量数据进行生物电阻分布分析并解读肌肉或骨骼的运动方式，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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，所述信号处理控制模块对测量数据进行生物电阻分布分析并解读肌肉或骨骼的运动方式，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。2.根据权利要求1所述的基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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。6.根据权利要求5所述的基于生物电阻测量的仿生假肢，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴祖智，
申请(专利权)人：云南巨能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53