基于手勢協(xié)同分析的欠驅(qū)動假肢設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)動功能的目標(biāo)仍然相去甚遠(yuǎn)。為此各國相繼啟動了生機(jī)電假肢手的研究計(jì)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(diǎn)可歸結(jié)為“靈”與“活”兩字。所謂“靈”指假肢應(yīng)能復(fù)現(xiàn)人手的靈巧運(yùn)動和操作功能；所謂“活”指假肢應(yīng)能無縫連接人體運(yùn)動神經(jīng)系統(tǒng)，解讀出神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)動意圖并控

2、制假肢，達(dá)到得心應(yīng)手的效果。上述兩點(diǎn)對假肢手本體的設(shè)計(jì)和肌電生機(jī)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(xué)研究表明，運(yùn)動神經(jīng)系統(tǒng)通過控制肌群的協(xié)同運(yùn)動實(shí)現(xiàn)復(fù)雜手姿，該協(xié)同運(yùn)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(fù)雜手姿精確控制和生機(jī)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(guān)節(jié)被動順應(yīng)性的欠驅(qū)動假肢手運(yùn)動及抓取模型，深入分析了該類假肢手的準(zhǔn)靜態(tài)抓取過程，

3、提出了相應(yīng)的抓取求解方法，又進(jìn)一步地提出了一種該類假肢手抓取質(zhì)量的評估方法，實(shí)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(yùn)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(shí)例的分析和討論，進(jìn)一步闡述及驗(yàn)證了抓取建模及分析的準(zhǔn)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(shè)計(jì)、仿真、分析和參數(shù)優(yōu)化，能大大提高設(shè)計(jì)效率、縮短研發(fā)周期。
　　結(jié)合前

4、述抓取模型，本研究又進(jìn)而設(shè)計(jì)了手勢協(xié)同欠驅(qū)假肢手原型樣機(jī)“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(jī)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(jìn)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(yàn)證其可行性；進(jìn)而利用純機(jī)械方式實(shí)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(shè)計(jì)的依據(jù)。原型樣機(jī)上的試驗(yàn)結(jié)果表明該假肢手能夠很好地實(shí)現(xiàn)日常生活中的各類抓