假肢手恒定力量輸出的電刺激誘發(fā)肌電反饋控制策略實驗研究.pdf

1、手是人類最靈活的運動器官之一。對于前臂截肢患者而言，手部功能的缺失不僅會嚴(yán)重影響了患者的日常生活質(zhì)量，而且會產(chǎn)生較大的心理創(chuàng)傷。為了肢體殘疾人士能更好的融入社會，安裝假肢是幫助他們補償運動功能最有效的途徑。其中，肌電假肢手以其控制靈活、使用方便以及直感性強的特點，成為現(xiàn)代上肢假肢中研究和使用最廣泛的一種。抓取動作是人手的重要運動功能之一，其中穩(wěn)定抓握是日常生活中需要完成的一種常見任務(wù)；但是由于目前的商業(yè)化假肢手大都缺乏反饋信息，患者無法

2、實時感知假手運動狀態(tài)與環(huán)境信息，在因注意力分散、疲勞等因素引起輸出力量發(fā)生變化進而導(dǎo)致被握物體松動甚至滑落時，無法及時做出反應(yīng)握穩(wěn)物體，嚴(yán)重制約了假肢手的使用。為此，本文設(shè)計了一種基于電刺激誘發(fā)肌電的假肢手反饋控制策略，以實現(xiàn)假肢手的穩(wěn)定抓握。
　　注意力分散可引起肌電信號波動進而影響假肢手力量輸出。為探索注意力分散影響穩(wěn)定抓握的理論機制，本文設(shè)計了注意力分散實驗分析注意力分散對穩(wěn)定抓握時屈肌活動情況的影響。首先基于VC++6.0

3、/MFC平臺設(shè)計了注意力分散模擬器，在此基礎(chǔ)上設(shè)計注意力分散任務(wù)；并將其作用于穩(wěn)定抓握過程中，用來模擬肌電假肢用戶因注意力分散導(dǎo)致抓握異常的現(xiàn)象，并采集分析7名受試者穩(wěn)定抓握過程中注意力分散時的 sEMG信號和抓握力信號。結(jié)果表明注意力分散會導(dǎo)致穩(wěn)定抓握肌電強度下降，不利于肌電假手穩(wěn)定抓握。為驗證電刺激反饋控制方法可行性，本文首先設(shè)計了電刺激實驗，采集7名受試者在不同刺激強度下的誘發(fā)肌電信號，研究電刺激參數(shù)對誘發(fā)肌電幅度的影響，并針對不

4、同被試建立電刺激強度與誘發(fā)肌電（M波）幅度的關(guān)系模型。之后結(jié)合建立的關(guān)系模型，設(shè)計反饋驗證實驗，采集分析7名受試者以四種不同初始力量穩(wěn)定抓握過程中電刺激前后的sEMG信號以及 eEMG信號及其特征值，評估電刺激對肌電輸出的穩(wěn)定作用。結(jié)果表明，在注意力分散導(dǎo)致肌電強度下降時，通過電刺激方法可以得到恒定的肌電輸出，并且可以通過調(diào)節(jié)刺激參數(shù)使得誘發(fā)肌電強度達到預(yù)期水平，能夠為肌電假肢手的穩(wěn)定力量輸出提供有效的控制信號。
　　為進一步驗證

5、反饋控制方法對力量輸出的穩(wěn)定作用，本文利用MATLAB虛擬現(xiàn)實工具箱設(shè)計開發(fā)了虛擬手演示訓(xùn)練平臺，并基于該虛擬手平臺設(shè)計虛擬手電刺激誘發(fā)肌電反饋控制系統(tǒng)，用于反饋控制方法的功能驗證和效果演示。通過對虛擬假肢手反饋控制的離線測試，結(jié)果證實通過該反饋控制方法能夠產(chǎn)生穩(wěn)定力量輸出，并且能夠保證輸出力量與注意力分散前輸出力量一致，實現(xiàn)穩(wěn)定抓握。
　　本課題開展了肌電假肢手穩(wěn)定抓握反饋控制的初步研究，提出并初步驗證了一種基于電刺激誘發(fā)肌電的