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(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、手是人類最靈活的運(yùn)動(dòng)器官之一。對(duì)于前臂截肢患者而言，手部功能的缺失不僅會(huì)嚴(yán)重影響了患者的日常生活質(zhì)量，而且會(huì)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(huì)，安裝假肢是幫助他們補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)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(qiáng)的特點(diǎn)，成為現(xiàn)代上肢假肢中研究和使用最廣泛的一種。抓取動(dòng)作是人手的重要運(yùn)動(dòng)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(jiàn)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(wú)法

2、實(shí)時(shí)感知假手運(yùn)動(dòng)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(jìn)而導(dǎo)致被握物體松動(dòng)甚至滑落時(shí)，無(wú)法及時(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)假肢手的穩(wěn)定抓握。
　　注意力分散可引起肌電信號(hào)波動(dòng)進(jìn)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(jī)制，本文設(shè)計(jì)了注意力分散實(shí)驗(yàn)分析注意力分散對(duì)穩(wěn)定抓握時(shí)屈肌活動(dòng)情況的影響。首先基于VC++6.0

3、/MFC平臺(tái)設(shè)計(jì)了注意力分散模擬器，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)注意力分散任務(wù)；并將其作用于穩(wěn)定抓握過(guò)程中，用來(lái)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(guò)程中注意力分散時(shí)的 sEMG信號(hào)和抓握力信號(hào)。結(jié)果表明注意力分散會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定抓握肌電強(qiáng)度下降，不利于肌電假手穩(wěn)定抓握。為驗(yàn)證電刺激反饋控制方法可行性，本文首先設(shè)計(jì)了電刺激實(shí)驗(yàn)，采集7名受試者在不同刺激強(qiáng)度下的誘發(fā)肌電信號(hào)，研究電刺激參數(shù)對(duì)誘發(fā)肌電幅度的影響，并針對(duì)不

4、同被試建立電刺激強(qiáng)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(jì)反饋驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，采集分析7名受試者以四種不同初始力量穩(wěn)定抓握過(guò)程中電刺激前后的sEMG信號(hào)以及 eEMG信號(hào)及其特征值，評(píng)估電刺激對(duì)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(qiáng)度下降時(shí)，通過(guò)電刺激方法可以得到恒定的肌電輸出，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)刺激參數(shù)使得誘發(fā)肌電強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期水平，能夠?yàn)榧‰娂僦值姆€(wěn)定力量輸出提供有效的控制信號(hào)。
　　為進(jìn)一步驗(yàn)證

5、反饋控制方法對(duì)力量輸出的穩(wěn)定作用，本文利用MATLAB虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了虛擬手演示訓(xùn)練平臺(tái)，并基于該虛擬手平臺(tái)設(shè)計(jì)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(yàn)證和效果演示。通過(guò)對(duì)虛擬假肢手反饋控制的離線測(cè)試，結(jié)果證實(shí)通過(guò)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓握。
　　本課題開(kāi)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(yàn)證了一種基于電刺激誘發(fā)肌電的