本发明专利技术公开了一种假肢手回撤反射控制系统及方法，包括温度传感器、传感器导线、数字处理器模块、电刺激波形生成模块、外周刺激通路模块和假肢手控制模块。所述方法包括获取假肢手接触物体的温度、传递电信号给温度采集预测预警模块、拟合预测得到温度预测结果、发送温度预警信号给反射通路模块、发送指令控制假肢手完成松手动作、传递刺痛感电刺激波形信息给外周刺激通路模块、产生刺痛感电刺激作用于截肢者等步骤。本发明专利技术可以在极短时间内对被接触物体温度做出预测，大幅缩短了传感器测量所需的时间。本发明专利技术使用生物真实的Izhikevich模型在数字信号处理器内构造反射回路，使截肢者触碰到高温物体后假肢手迅速松手，同时提醒截肢者识别外界的危险因子。者识别外界的危险因子。者识别外界的危险因子。
【技术实现步骤摘要】
一种假肢手回撤反射控制系统及方法
[0001]本专利技术涉及假肢手的感知反馈和控制领域，尤其涉及一种假肢手回撤反射控制系统及方法。
技术介绍
[0002]生活中正常人触碰高温物体时会触发回撤反射(下意识的直觉缩手)，在高温信息传递到大脑之前已完成了缩手动作，从而避免高温对皮肤和神经造成损害。与正常人相比截肢者操控假肢手时，假肢手上缺失了皮肤感受器，神经和对应的肌肉，无法及时感知高温，可能会误判物体温度，对正常生活造成影响。现有的工业或商用温度传感器需要较长时间稳定后才能完成温度测量，与人体回撤反射时对温度的极短时间判断机制存在差异。
[0003]针对截肢者功能缺失的问题，过去专利借助传感器及外部刺激帮助截肢者感知温度(专利技术专利名称：多模态信息引导环境感知的肌电假肢系统及环境感知方法，专利技术人：宋爱国胡旭晖，公开号：CN112587285A；2021.04)。传感器接收到温度信息后，使用特定频率的振动信号力反馈震动于截肢测上，代表不同温度，施加给截肢者，使其感知温度。若温度超过设定阈值，采用语音或音效提示使用者注意高温。截肢者接受这些信息，并根据自己的判断做出相应的自主控制。也有专利在假肢手靠近待抓取物体时通过红外传感器检测物体温度，并将结果实时显示在显示屏上(专利技术专利名称：一种多传感器融合的假肢手抓握力反馈控制方法，专利技术人：姜海燕黄书萍，公开号：CN113952091A；2022.01)，反馈给使用者。手臂上配置的震动单元可发出不同震动强度来对应特定范围的温度，警示使用者。
[0004]针对温度预测问题，过去专利通过神经网络训练的方式建立温度数据和电气特征数据的关联关系(专利技术专利名称：温度预测模型的训练方法、预测方法、装置、设备及介质，专利技术人：邓仰东，公开号：CN114066090A，2022.02)，利用基础数据与待遇测数据对温度预测模型进行训练，有效解决了数据分析难度大和温度预测精度差的问题。其他专利通过锅炉当前温度值和设定时长的历史温度值绘制贝塞尔曲线(专利技术专利名称：一种锅炉温度预测方法及系统，专利技术人：周国东贺延枫，公开号：CN114110550A,2021.11)，从而预测锅炉从当前时刻开始，持续所述设定时长的温度值。这些方法提高了工业器件的温度预测精度。
[0005]本专利技术首先开发了一种应对于人体仿生的温度预测算法，基于温度变化率仿人体机制的快速预测外界环境的温度区间，将其应用于假肢手所触碰物体温度的快速预测预警，并衔接搭配一种生物真实的反射回路，使该假肢手接触到过热物体后通过该回路会快速回撤松手，避免假肢手受到损害；同时，本专利技术也会通过电刺激的方式在截肢者的诱指感区自然快速的反馈高温预警信息，通知假肢使用者避免因高温受到伤害，从而有效改善假肢手温度预警的回撤保护的同时，而且还对假肢手的使用者进行环境危险的提示。
技术实现思路
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种假肢手回撤反射控制系统及方法；本专利技术所要解决的技术问题是如何使假肢手接触到过热物体后快速回撤松手，避免假
肢手受到损害，同时，通知假肢使用者避免因高温受到伤害。
[0007]为实现以上目的，本专利技术提供了一种假肢手回撤反射控制系统，其特征在于，包括温度传感器、传感器导线、数字处理器模块、电刺激波形生成模块、外周经皮电刺激通路模块和假肢手控制模块；所述数字处理器模块包括温度采集预测预警模块和反射通路模块；所述温度传感器置于假肢手指尖，所述温度传感器与所述数字处理器模块通过所述传感器导线相连接，所述温度传感器的电压信号通过所述传感器导线输入到所述温度采集预测预警模块；所述温度采集预测预警模块接收所述温度传感器的电压信号后进行模数转换，转化为数字信号后进行温度变化量拟合预测，该结果加上使用时的室温即为温度预测结果，然后再将所述温度预测结果按比例转化为电流信号，预测温度越高则对应电流越大，所述电流信号即为温度预警信号；将所述温度预警信号输入到所述反射通路模块中，一路所述温度预警信号通过所述反射通路模块的运动神经元模型发出运动指令控制假肢手中的肌肉模型，从而使假肢手完成松手动作保护假肢手；另一路所述温度预警信号传递到所述电刺激波形生成模块，开始进行编码和生成刺痛感电刺激波形，并将所述刺痛感电刺激波形信息传递给所述外周经皮电刺激通路模块；所述外周经皮电刺激通路模块接收所述刺痛感电刺激波形信息后，产生刺痛感电刺激作用于截肢者，使其接收到所述温度预警信号。
[0008]本专利技术还提供了一种假肢手回撤反射控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤一、通过置于假肢手指尖的温度传感器获得假肢手接触物体的温度；
[0010]步骤二、所述温度传感器将获得的物体温度转换为电信号传递给温度采集预测预警模块；
[0011]步骤三、所述温度采集预测预警模块接收所述温度传感器的电压信号后进行模数转换，转化为数字信号后进行温度变化量拟合预测，拟合预测的结果加上使用时的室温即为温度预测结果；
[0012]步骤四、所述温度采集预测预警模块将所述温度预测结果和预先设定的阈值进行比较，若高于所述阈值则发送所述温度预警信号到反射通路模块中；
[0013]步骤五、一路所述温度预警信号通过所述反射通路模块的运动神经元模型发出运动指令控制假肢手中的肌肉模型，从而使假肢手完成松手动作保护假肢手；
[0014]步骤六、另一路所述温度预警信号传递到电刺激波形生成模块，开始进行编码和生成刺痛感电刺激波形，并将所述刺痛感电刺激波形信息传递给外周刺激通路模块；
[0015]步骤七、所述外周经皮电刺激通路模块接收所述刺痛感电刺激波形信息后，产生刺痛感电刺激作用于截肢者，使其接收到所述温度预警信号；
[0016]步骤八、截肢者接收到所述温度预警信号后，进行后续相应事项的处置。
[0017]进一步地，在步骤一中，所述温度传感器作为集成传感器的一部分。
[0018]进一步地，在步骤三中，所述温度变化量拟合预测是通过对数字信号进行多项式拟合，得到其一阶导数(斜率)信号，将一阶导数(斜率)信号输入斜率
‑
温度变化量拟合预测模块，拟合预测的结果加上使用时的室温即可得到所述温度预测结果。
[0019]进一步地，在步骤四中，所述反射通路模块采用生物真实的Izhikevich模型在数字信号处理器内构造了“感受器神经元
‑
中间神经元
‑
运动神经元”，所述Izhikevich模型模拟了生物神经元发放脉冲的过程，其模型方程为：
[0020]v'＝0.04v2+5v+140
‑
u+I
[0021]u'＝a(bv
‑
u)
[0022]若v≥30mV，
[0023]其中v表示神经元膜电位，u代表神经元恢复变量，u，v单位均为毫伏，I为输入神经元的电流，单位为毫安，a，b，c，d为无单位参数，随神经元的类型而改变，v≥30mV时视为神经元发放一次脉冲，所述温度预警信号在本模型中转化为输入电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种假肢手回撤反射控制系统，其特征在于，包括温度传感器、传感器导线、数字处理器模块、电刺激波形生成模块、外周经皮电刺激通路模块和假肢手控制模块；所述数字处理器模块包括温度采集预测预警模块和反射通路模块；所述温度传感器置于假肢手指尖，所述温度传感器与所述数字处理器模块通过所述传感器导线相连接，所述温度传感器的电压信号通过所述传感器导线输入到所述温度采集预测预警模块；所述温度采集预测预警模块接收所述温度传感器的电压信号后进行模数转换，转化为数字信号后进行温度变化量拟合预测，该结果加上使用时的室温即为温度预测结果，然后再将所述温度预测结果按比例转化为电流信号，预测温度越高则对应电流越大，所述电流信号即为温度预警信号；将所述温度预警信号输入到所述反射通路模块中，一路所述温度预警信号通过所述反射通路模块的运动神经元模型发出运动指令控制假肢手中的肌肉模型，从而使假肢手完成松手动作保护假肢手；另一路所述温度预警信号传递到所述电刺激波形生成模块，开始进行编码和生成刺痛感电刺激波形，并将所述刺痛感电刺激波形信息传递给所述外周经皮电刺激通路模块；所述外周经皮电刺激通路模块接收所述刺痛感电刺激波形信息后，产生刺痛感电刺激作用于截肢者，使其接收到所述温度预警信号。2.一种假肢手回撤反射控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过置于假肢手指尖的温度传感器获得假肢手接触物体的温度；步骤二、所述温度传感器将获得的物体温度转换为电信号传递给温度采集预测预警模块；步骤三、所述温度采集预测预警模块接收所述温度传感器的电压信号后进行模数转换，转化为数字信号后进行温度变化量拟合预测，拟合预测的结果加上使用时的室温即为温度预测结果；步骤四、所述温度采集预测预警模块将所述温度预测结果和预先设定的阈值进行比较，若高于所述阈值则发送所述温度预警信号到反射通路模块中；步骤五、一路所述温度预警信号通过所述反射通路模块的运动神经元模型发出运动指令控制假肢手中的肌肉模型，从而使假肢手完成松手动作保护假肢手；步骤六、另一路所述温度预警信号传递到电刺激波形生成模块，开始进行编码和生成刺痛感电刺激波形，并将所述刺痛感电刺激波形信息传递给外周刺激通路模块；步骤七、所述外周经皮电刺激通路模块接收所述刺痛感电刺激波形信息后，产生刺痛感电刺激作用于截肢者，使其接收到所述温度预警信号；步骤八、截肢者接收到所述温度预警信号后，进行后续相应事项的处置。3.如权利要求2所述的假肢...
【专利技术属性】
技术研发人员：蓝宁，黎晨，周志鸿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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