【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及假肢器械，尤其是涉及一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手及其控制方法。
技术介绍
1、目前的商用假肢手，如i-limb quantum、michelangelo hand、bebionic hand和vincent hand等，都是刚性结构的假肢手。这些假肢手具有可靠的结构强度和抓握力性能，但在复杂和非结构化环境中的适应性较差。在刚性义肢中实现良好的适应性需要复杂的关节和传动设计，以及出色的控制能力。柔性假肢手可以通过气动装置或线缆装置实现抓握动作，并具有出色的自适应性能，但其结构强度较差，且易发生位姿偏离。某些柔性假肢手在手指机构中引入了刚性结构的耦合，或在刚性假肢手的关节处采用了柔性结构，以增强抓握性能。同时，某些柔性假肢手通过优化气动装置等方式增强抓握效果，但在控制等方面仍有待改进。例如，中国专利cn113101020b提出了一种刚柔耦合灵巧假肢手，通过手指屈伸电机带动手指传动轴转动，使手指屈伸驱动绳缠绕在手指传动轴上，柔性的拇指、食指、中指、无名指和小指在手指屈伸驱动绳的牵引下做屈/伸动作，能够实现对不同形状物体的自适应抓握。但该假肢手关节复杂，齿轮及驱动电机较多，一旦有一根手指损坏，维修及更换成本较高。
2、因此，亟需研究一种能够保证假肢手具有较高的结构强度又能便于拆卸、维护和升级的假肢手及其控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手及其控制方法，手指结构的布局可以减少柔性结构造成的
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，包括支撑架、手指结构、手掌结构、柔性线缆、舵机和表面肌电信号传感器；
4、所述手掌结构固定于支撑架的上方，所述支撑架下方设有孔洞，所述舵机的主体设于所述孔洞中；
5、所述手指结构与手掌结构通过榫卯连接件固定连接，通过榫卯连接件的插入和拔出，实现对手指结构的快速锁定与解除，便于对假肢手进行维修或更改结构；
6、所述手指结构包括拇指、食指、中指、无名指和小指，所述食指、中指、无名指和小指设于同一列；
7、所述拇指单独位于一列，且设于与食指正对方向的位置上；
8、所述柔性线缆的一端固定在手指结构的背面，穿过手指结构上的孔洞，另一端固定于舵机输出端；
9、所述表面肌电信号传感器设于前臂上，通过实时获取前臂肌肉运动产生的表面肌电信号，驱使舵机使假肢手做出相应动作。
10、进一步地，所述手指结构的每根手指上均包括远节指骨、近节指骨、中节指骨和指根关节；
11、所述远节指骨、近节指骨和指根关节均采用刚性非金属材料，所述中节指骨采用柔性软胶材料。
12、进一步地，所述手指结构的截面为长方形，所述手指结构的指腹处填充柔性软胶材料。
13、进一步地，所述舵机的输出端与柔性线缆连接，所述舵机用于屈曲对应的手指结构；
14、所述舵机设有四个，四个所述舵机分别负责拇指结构屈曲、食指结构屈曲、中指结构屈曲以及无名指和小指结构屈曲。
15、进一步地，所述手掌结构上设有五个通孔，所述榫卯连接件上设有缺口，所述柔性线缆穿过所述缺口连接将手指结构与舵机输出端连接，所述榫卯连接件嵌入所述通孔内，以实现将手指结构固定于手掌结构上。
16、进一步地，所述柔性线缆的一端固定在远节指骨背面，并从远节指骨上的第一孔洞穿过，经过中节指骨正面，再从近节指骨上的第二孔洞穿过，绕过指根关节上的圆轴连接到舵机的输出轴上。
17、进一步地，所述表面肌电信号传感器设有四个，四个所述表面肌电传感器分别设于指浅屈肌处、指伸肌处、小指伸肌与尺侧腕伸肌处以及尺侧腕伸肌到尺侧腕屈肌之间。
18、本专利技术还提供一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手的控制方法，包括以下步骤：
19、s1：通过设于前臂上的表面肌电(semg)信号传感器实时获取前臂肌肉运动产生的表面肌电信号；
20、s2：对s1中收集到的实时表面肌电信号进行时域特征值提取；
21、s3：将s2中提取到的特征值输入机器学习训练好的模型中，获取分类结果；
22、s4：根据s3中的分类结果，通过驱动舵机使假肢手做出相应动作。
23、进一步地，s2中，所述时域特征包括波形长度、过零点数、肌电积分值、方差和均方根。
24、进一步地，s3中，所述训练好的模型为基于automl的融合算法，所述融合算法为赋予权重的lightgbm、xgboost、random forests、extra-trees和lda算法模型。
25、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
26、1、本专利技术中的假肢手具有较高的结构强度和良好的适应性，同时手指结构的布局可以减少柔性结构造成的手指姿势偏差；手指结构和手掌结构之间采用榫卯结构组合，便于拆卸、维护和升级，以适应不同的使用场景。
27、2、本专利技术中通过设置表面肌电信号传感器，实时获取前臂肌肉运动产生的表面肌电信号，驱使舵机使假肢手做出相应动作，实现高精度控制；此外，只需少量数据即可生成模型，并可在短时间内对模型进行训练，以适应不同的工作场景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，包括支撑架(3)、手指结构、手掌结构(2)、柔性线缆、舵机和表面肌电信号传感器；
2.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述手指结构的每根手指上均包括远节指骨(6)、近节指骨(8)、中节指骨(7)和指根关节(1)；
3.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述手指结构的截面为长方形，所述手指结构的指腹处填充柔性软胶材料。
4.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述舵机的输出端与柔性线缆连接，所述舵机用于屈曲对应的手指结构；
5.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述手掌结构(2)上设有五个通孔(4)，所述榫卯连接件(5)上设有缺口，所述柔性线缆穿过所述缺口将手指结构与舵机的输出端连接，所述榫卯连接件(5)嵌入所述通孔(4)内，以实现将手指结构固定于手掌结构(2)上。
6.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述柔性线缆的一端固定在远节指骨(6
7.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述表面肌电信号传感器设有四个，四个所述表面肌电传感器分别设于指浅屈肌处、指伸肌处、小指伸肌与尺侧腕伸肌处以及尺侧腕伸肌到尺侧腕屈肌之间。
8.一种如权利要求1-7任一所述的可快速拆卸刚柔耦合假肢手的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手的控制方法，其特征在于，S2中，所述时域特征包括波形长度、过零点数、肌电积分值、方差和均方根。
10.根据权利要求8所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手的控制方法，其特征在于，S3中，所述训练好的模型为基于Automl的融合算法，所述融合算法为赋予权重的LightGBM、XGBoost、Random Forests、Extra-Trees和LDA算法模型。
...【技术特征摘要】
1.一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，包括支撑架(3)、手指结构、手掌结构(2)、柔性线缆、舵机和表面肌电信号传感器；
2.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述手指结构的每根手指上均包括远节指骨(6)、近节指骨(8)、中节指骨(7)和指根关节(1)；
3.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述手指结构的截面为长方形，所述手指结构的指腹处填充柔性软胶材料。
4.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述舵机的输出端与柔性线缆连接，所述舵机用于屈曲对应的手指结构；
5.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在于，所述手掌结构(2)上设有五个通孔(4)，所述榫卯连接件(5)上设有缺口，所述柔性线缆穿过所述缺口将手指结构与舵机的输出端连接，所述榫卯连接件(5)嵌入所述通孔(4)内，以实现将手指结构固定于手掌结构(2)上。
6.根据权利要求1所述的一种可快速拆卸刚柔耦合假肢手，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋烁，宣思诚，何斌，卞楚原，王志鹏，周艳敏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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