36、基于DSP的多自由度假肢手神经控制器

基于DSP的多自由度假肢手神经控制器

引言

肌电控制的假肢为截肢者提供了额外的选择。然而，大多数商业假肢手，如Steeper电动手、Otto Bock系统电动手、瑞典Systemteknik手等，都是单自由度的抓取器，由一到两个通道的肌电（EMG）信号控制。其表面电极放置在拮抗肌上，当肌肉张力达到阈值时，假肢手产生数字开关信号来控制电机，使手朝一个方向或另一个方向运动。另一种方式是基于EMG信号的简单比例控制，这种控制方式根据肌肉收缩强度为用户提供不太灵敏但更快速的手部控制，例如在犹他州人造手臂中就采用了比例肌电控制。但上述这些EMG控制系统限制了操作能力。

近年来，许多先进的灵巧机器人手已成功开发，其中一些可用于假肢领域。例如，有研究者开发了模块化假肢手，它们是多手指的假肢手，能够执行各种抓握姿势，包括不同的抓握模式，如强力抓握、钩状抓握、圆柱抓握、三爪卡盘抓握等。然而，如何使用EMG信号控制多功能假肢手是最困难的问题。

人类的手是一个复杂且功能极其多样的系统。为了执行灵巧任务，手依赖于来自中枢神经系统（CNS）的控制输入和众多提供反馈的传感器。如果定义了特定任务，手会预先调整成适合抓握的姿势，然后包围物体。灵巧手的控制涉及手与物体之间的复杂交互。任务级规划简化了灵巧手的控制过程，抓握规划包括为灵巧手选择抓握姿势和确定轨迹规划，以使手接触并接近物体。一旦EMG信号能被识别为八种手部动作之一，就可以确定假肢手的相关预成型动作。为了考虑实时性能，判别系统的复杂算法将在基于数字信号处理器（DSP）的神经控制系统中实现。

EMG判别系统

EMG信号处理

上肢有两个主要功能部分：终端抓取装置（手/腕）和支撑系统（手臂/肩