一种下肢假肢闭环控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种下肢假肢闭环控制方法及系统，其中闭环控制方法包括：分别采集残肢下肢肌肉的内肌电信号和好腿足底压力信号；根据内肌电信号，识别当前行走状态；根据当前行走状态，向假肢发出控制指令，驱动假肢运动到指定位置；将好腿足底压力信号输入步态识别模型中，识别输出当前步态信息；根据当前步态信息，查询步态足底压力信息大数据库，获取假肢足底对应的压力分布预测值；采集假肢下肢足底压力信号，将假肢下肢足底压力信号与假肢足底对应的压力分布预测值进行比较，得到偏差信号；根据偏差信号对假肢动作进行反馈控制。实现对下肢假肢的闭环控制，具有自动纠偏能力，大大提高了假肢控制的抗干扰能力和精度。大大提高了假肢控制的抗干扰能力和精度。大大提高了假肢控制的抗干扰能力和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种下肢假肢闭环控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及假肢
，特别涉及一种下肢假肢闭环控制方法及系统。

技术介绍

[0002]全球每年因工伤、疾病、交通意外、战争等因素造成大量人员下肢截肢以保全生命，截肢不仅导致身体的残疾，也导致严重的精神创伤，严重影响患者的工作与生活。根据全国残疾人抽样调查数据，我国肢体残疾人数高达2000万左右，其中只有不到10％的肢体残疾者得到了基本的康复服务，给家庭社会带来了极大的负担。
[0003]目前截肢患者通常通过佩戴假肢恢复行走运动功能。假肢技术朝着更精密、更舒适和更符合个人要求的高技术方向发展。大多数假肢采用的是表面电极介导的开环肌电控制方法，将传感器至于体表，易受干扰、运动伪影及环境的影响。同时采用开环系统，无法保证假肢在控制信号下的准确动作，易受干扰，精度较低。
[0004]因此，在现有的假肢技术的基础上，如何提供一种下肢假肢闭环控制方法及系统，以解决传统假肢表面电极介导存在的抗干扰性弱、电极易脱落、不舒适容易引发过敏等问题，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提出了一种至少解决上述部分技术问题的下肢假肢闭环控制方法及系统，具有闭环控制的自动纠偏能力，可大大提高假肢控制系统的抗干扰能力和精度。
[0006]本专利技术实施例提供一种下肢假肢闭环控制方法，包括：
[0007]分别采集残肢下肢肌肉的内肌电信号和好腿足底压力信号；根据所述内肌电信号，识别当前行走状态；根据所述当前行走状态，向假肢发出控制指令，驱动假肢运动到指定位置；将所述好腿足底压力信号输入步态识别模型中，识别输出当前步态信息；
[0008]根据所述当前步态信息，查询步态足底压力信息大数据库，获取假肢足底对应的压力分布预测值；所述步态足底压力信息大数据库包含：人体正常行走过程中左右腿足底压力分布数据与步态信息；
[0009]采集假肢下肢足底压力信号，将所述假肢下肢足底压力信号与所述假肢足底对应的压力分布预测值进行比较，得到偏差信号；根据所述偏差信号对假肢动作进行反馈控制。
[0010]进一步地，所述根据内肌电信号，识别当前行走状态，包括如下步骤：
[0011]S11、将所述内肌电信号进行滤波放大；
[0012]S12、将通过滤波放大的所述内肌电信号通过AD芯片转化为数字信号；
[0013]S13、将所述数字信号采用固定样本熵峰
‑
谷阈值算法分析，提取所述内肌电信号样本熵的波峰波谷，得到步态阶段信息；
[0014]S14、根据所述步态阶段信息查询步态信息大数据库，识别当前行走状态。
[0015]进一步地，所述步态识别模型的建立包括如下步骤：
[0016]S21、选取部分人体正常行走过程中左右腿足底压力分布数据与步态信息，作为预先构建的神经网络模型的输入与输出数据；所述左右腿足底压力分布数据与步态信息从所述步态足底压力信息大数据库中获取；
[0017]S22、迭代训练所述神经网络模型，根据模型的代价方程误差寻找最优参数；
[0018]S23、当所述代价方程误差最小时，获得最优参数，得到构建好的步态识别模型。
[0019]进一步地，所述根据偏差信号对假肢动作进行反馈控制，包括：将所述偏差信号通过PID算法处理，输出相应的控制信号，对假肢动作进行反馈控制。
[0020]本专利技术实施例还提供一种下肢假肢闭环控制系统，适用于如上述任一项所述的下肢假肢闭环控制方法，包括：上位机、电极丝、控制器和压力传感器；
[0021]所述电极丝用于采集残肢下肢肌肉的内肌电信号；
[0022]所述压力传感器用于分别采集好腿足底压力信号和假肢下肢足底压力信号，并传输给所述控制器；
[0023]所述控制器分别与所述上位机、电极丝、压力传感器和假肢连接，用于将所述内肌电信号无线传输给所述上位机，并根据所述上位机识别出的当前行走状态，向假肢发出控制指令；
[0024]所述上位机用于根据所述内肌电信号，识别输出当前行走状态。
[0025]进一步地，所述控制器还用于将所述好腿足底压力信号无线传输给所述上位机，并根据所述上位机识别出的假肢足底对应的压力分布预测值，和所述假肢下肢足底压力信号进行比较，生成偏差信号，对假肢动作进行反馈控制；
[0026]所述上位机还用于根据所述好腿足底压力信号，识别输出假肢足底对应的压力分布预测值。
[0027]进一步地，所述压力传感器采用柔性薄膜压力传感器ZNX
‑
01。
[0028]本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
[0029]本专利技术实施例提供的一种下肢假肢闭环控制方法，包括：分别采集残肢下肢肌肉的内肌电信号和好腿足底压力信号；根据内肌电信号，识别当前行走状态；根据当前行走状态，向假肢发出控制指令，驱动假肢运动到指定位置；将好腿足底压力信号输入步态识别模型中，识别输出当前步态信息；根据当前步态信息，查询步态足底压力信息大数据库，获取假肢足底对应的压力分布预测值；采集假肢下肢足底压力信号，将假肢下肢足底压力信号与假肢足底对应的压力分布预测值进行比较，得到偏差信号；根据偏差信号对假肢动作进行反馈控制。实现对下肢假肢的闭环控制，具有自动纠偏能力，大大提高假肢控制的抗干扰能力和精度。
[0030]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。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0031]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
[0032]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：
[0033]图1为本专利技术实施例提供的一种下肢假肢闭环控制方法流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例提供的下肢肌肉内肌电信号处理分析流程图；
[0035]图3为本专利技术实施例提供的好腿足底压力信号处理分析流程图；
[0036]图4为本专利技术实施例提供的足底压力传感器设置分布示意图；
[0037]图5为本专利技术实施例提供的下肢假肢闭环控制系统示意图。
具体实施方式
[0038]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0039]本专利技术实施例提供一种下肢假肢闭环控制方法，参照图1所示，包括：
[0040]分别采集残肢下肢肌肉的内肌电信号和好腿足底压力信号；根据内肌电信号，识别当前行走状态；根据当前行走状态，向假肢发出控制指令，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下肢假肢闭环控制方法，其特征在于，包括：分别采集残肢下肢肌肉的内肌电信号和好腿足底压力信号；根据所述内肌电信号，识别当前行走状态；根据所述当前行走状态，向假肢发出控制指令，驱动假肢运动到指定位置；将所述好腿足底压力信号输入步态识别模型中，识别输出当前步态信息；根据所述当前步态信息，查询步态足底压力信息大数据库，获取假肢足底对应的压力分布预测值；所述步态足底压力信息大数据库包含：人体正常行走过程中左右腿足底压力分布数据与步态信息；采集假肢下肢足底压力信号，将所述假肢下肢足底压力信号与所述假肢足底对应的压力分布预测值进行比较，得到偏差信号；根据所述偏差信号对假肢动作进行反馈控制。2.如权利要求1所述的一种下肢假肢闭环控制方法，其特征在于，所述根据内肌电信号，识别当前行走状态，包括如下步骤：S11、将所述内肌电信号进行滤波放大；S12、将通过滤波放大的所述内肌电信号通过AD芯片转化为数字信号；S13、将所述数字信号采用固定样本熵峰
‑
谷阈值算法分析，提取所述内肌电信号样本熵的波峰波谷，得到步态阶段信息；S14、根据所述步态阶段信息查询步态信息大数据库，识别当前行走状态。3.如权利要求1所述的一种下肢假肢闭环控制方法，其特征在于，所述步态识别模型的建立包括如下步骤：S21、选取部分人体正常行走过程中左右腿足底压力分布数据与步态信息，作为预先构建的神经网络模型的输入与输出数据；所述左右腿足底压力分布数据与步态信息从所述步态足底压力信息大数据库中获取；S22、迭代训练所述神经...

【专利技术属性】
技术研发人员：许猛，石岩，姬涛，赵雪林，丁艺珂，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第四医学中心，
类型：发明
国别省市：