基于手勢協(xié)同分析的欠驅(qū)動假肢設計及其肌電控制方法.pdf

1、肌電假肢手的誕生使人工假肢由“固定在人體上的器械”轉(zhuǎn)變成為能夠與運動神經(jīng)系統(tǒng)連接的功能替代裝置。然而現(xiàn)有的單自由度肌電假肢手與重建人手運動功能的目標仍然相去甚遠。為此各國相繼啟動了生機電假肢手的研究計劃。
　　肌電仿人假肢手向著多自由度、多功能化方向的發(fā)展是大勢所趨，其主要研發(fā)難點可歸結(jié)為“靈”與“活”兩字。所謂“靈”指假肢應能復現(xiàn)人手的靈巧運動和操作功能；所謂“活”指假肢應能無縫連接人體運動神經(jīng)系統(tǒng)，解讀出神經(jīng)系統(tǒng)的運動意圖并控

2、制假肢，達到得心應手的效果。上述兩點對假肢手本體的設計和肌電生機交互接口的性能提出了要求，本文就圍繞這兩方面展開了系統(tǒng)研究。
　　神經(jīng)學研究表明，運動神經(jīng)系統(tǒng)通過控制肌群的協(xié)同運動實現(xiàn)復雜手姿，該協(xié)同運動的維度顯著小于人手的自由度數(shù)?；谑謩輩f(xié)同的假肢手是調(diào)和復雜手姿精確控制和生機接口帶寬限制這一矛盾的有效途徑。本文系統(tǒng)地研究了一種面向手勢協(xié)同、具有關節(jié)被動順應性的欠驅(qū)動假肢手運動及抓取模型，深入分析了該類假肢手的準靜態(tài)抓取過程，

3、提出了相應的抓取求解方法，又進一步地提出了一種該類假肢手抓取質(zhì)量的評估方法，實現(xiàn)了針對不同物體的抓取規(guī)劃算法。基于上述假肢手運動和抓取模型的研究結(jié)果，本論文構(gòu)建了適用于該類假肢手的抓取仿真系統(tǒng)“SJT-GraspSim”。通過對具體仿真實例的分析和討論，進一步闡述及驗證了抓取建模及分析的準確性及相比現(xiàn)有模型所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢。該仿真系統(tǒng)可用于該類假肢手的設計、仿真、分析和參數(shù)優(yōu)化，能大大提高設計效率、縮短研發(fā)周期。
　　結(jié)合前

4、述抓取模型，本研究又進而設計了手勢協(xié)同欠驅(qū)假肢手原型樣機“SJT-5”。該假肢手具有18個自由度，其尺寸、外形與人手相仿。根據(jù)同型號全驅(qū)動機械手上提取的手勢協(xié)同基，可使用SJT-GraspSim仿真系統(tǒng)對其抓取性能進行評估和協(xié)同基修正，然后利用軟件控制方式模擬欠驅(qū)動方案從而驗證其可行性；進而利用純機械方式實現(xiàn)手勢協(xié)同驅(qū)動，將提取的手勢協(xié)同基直接作為假肢手傳動裝置設計的依據(jù)。原型樣機上的試驗結(jié)果表明該假肢手能夠很好地實現(xiàn)日常生活中的各類抓