【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機(jī)電控制，具體涉及一種面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
1、人類的抓握技能是通過互動學(xué)習(xí)發(fā)展起來的，關(guān)鍵取決于視覺和觸覺。視覺障礙截肢患者失去了感知周圍環(huán)境的視覺和部分觸覺能力，這使得他們操控假肢手實(shí)現(xiàn)到達(dá)和抓住任務(wù)成為一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的假肢控制方法都極大的依賴于截肢患者的視覺判斷，需要患者依靠人體視覺的環(huán)境感知和系統(tǒng)監(jiān)督作用靠近并對準(zhǔn)物體，但這對于視覺障礙截肢患者來說是極其困難的。
2、基于肌電信號的假肢控制方法，如有限狀態(tài)機(jī)、模式識別、同步控制和深度學(xué)習(xí)等方法，需要患者將假肢對準(zhǔn)物體后再執(zhí)行相應(yīng)的肌電控制。新型的基于多傳感器融合的共享控制方法可以通過環(huán)境上下文信息實(shí)現(xiàn)一定程度的假肢操控自動化。然而，上述人機(jī)協(xié)同控制方法中仍然建立在患者通過人體視覺主動完成環(huán)境感知及物體定位的條件上，無法適用于視覺障礙截肢患者。
3、導(dǎo)盲是視覺障礙截肢患者完成抓取任務(wù)的前提條件。導(dǎo)盲任務(wù)的關(guān)鍵是幫助視覺障礙截肢患者從環(huán)境中準(zhǔn)確、快速獲取信息，以促進(jìn)他們對環(huán)境的感知和理解。除了具有高風(fēng)險(xiǎn)、高成本的視網(wǎng)膜假體技術(shù)外，采用聽覺或觸覺提供感官補(bǔ)償是導(dǎo)盲研究的主要思路。如基于語音交互的行人導(dǎo)航系統(tǒng)、基于振動觸覺的輔助機(jī)器人或移動手杖等。移動導(dǎo)航任務(wù)傾向于將人引導(dǎo)到二維平面上的位置。對于物體定位而言，需要在三維空間中尋找物體。使用穿戴式機(jī)器視覺設(shè)備，通過聽覺反饋(語音提示、“雷達(dá)”提示音、基于圖像到聲音特征的映射等)幫助視覺障礙患者在環(huán)境中定位并抓住所需物體被證明是有效的，且采用持續(xù)接
4、現(xiàn)有假肢控制系統(tǒng)和方法無法適用于同時(shí)喪失視覺和抓握能力的視覺障礙截肢患者。目前沒有完整的針對于視覺障礙截肢患者的假肢方案，這使得視覺障礙截肢患者難以在無人幫助的情況下完成一些基本的日常生活活動。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的假肢控制系統(tǒng)和控制方法無法適用于同時(shí)喪失視覺和抓握能力的視覺障礙截肢患者。目前沒有完整的針對于視覺障礙截肢患者的假肢方案，這使得視覺障礙截肢患者難以在無人幫助的情況下完成一些基本的日常生活活動的問題。
2、為解決上述技術(shù)問題本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、方案一、本專利技術(shù)提出了一種面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，所述智能假肢控制系統(tǒng)包括無線耳麥、頭戴相機(jī)、震動反饋臂環(huán)、智能假肢、獨(dú)立聲源模塊、假肢接受腔、背包、主控制器和移動電源，
4、所述無線耳麥佩戴在用戶的耳朵上，所述的頭戴相機(jī)佩戴在用戶的頭部，并通過數(shù)據(jù)線與所述的主控制器連接，所述震動反饋臂環(huán)佩戴在用戶的大臂上，與所述主控制器通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述假肢接受腔佩戴在用戶的殘肢末端，所述的智能假肢固定到所述的假肢接受腔上，所述智能假肢與所述的主控制器通過無線通訊完成數(shù)據(jù)交互，所述主控制器和所述的移動電源放置在所述背包內(nèi)，所述的移動電源為所述主控制器提供電力，所述獨(dú)立聲源模塊放置到目標(biāo)物體下方，所述的獨(dú)立聲源模塊與所述的主控制器之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
5、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述頭戴相機(jī)包括彈性發(fā)帶、調(diào)節(jié)支架和全局相機(jī)，所述彈性發(fā)帶佩戴在用戶的頭部，所述調(diào)節(jié)支架固定到所述的彈性發(fā)帶上，所述全局相機(jī)固定到所述的調(diào)節(jié)支架上，所述調(diào)節(jié)支架用于調(diào)整所述的全局相機(jī)的視野角度。
6、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述震動反饋臂環(huán)包括主震動模塊底座、震動臂環(huán)電池、震動臂環(huán)驅(qū)動板、主震動模塊上蓋、震動臂環(huán)控制器、震動臂環(huán)開關(guān)、震動馬達(dá)、子震動模塊和彈性連接件；所述震動臂環(huán)電池、震動臂環(huán)驅(qū)動板、震動臂環(huán)控制器固定到所述的主震動模塊底座內(nèi)，所述的震動臂環(huán)電池為所述震動臂環(huán)驅(qū)動板和震動臂環(huán)控制器提供電力，所述震動臂環(huán)開關(guān)固定到所述主震動模塊底座的側(cè)面，所述震動馬達(dá)固定到所述主震動模塊底座和所述子震動模塊的內(nèi)側(cè)，使得所述震動馬達(dá)用于壓到用戶的大臂皮膚上，所述主震動模塊底座和所述子震動模塊以及所述子震動模塊之間通過所述的彈性連接件連接。
7、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述子震動模塊的數(shù)量為五個(gè)，所述震動馬達(dá)的數(shù)量為十二個(gè)，每個(gè)所述的子震動模塊和所述主震動模塊底座上各有兩個(gè)所述的振動馬達(dá)，所述震動馬達(dá)通過軟排線與所述震動臂環(huán)驅(qū)動板連接。
8、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述震動反饋臂環(huán)佩戴在用戶的大臂上，與所述主控制器通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的方法為：所述主震動模塊底座位于大臂的上側(cè)，所述震動臂環(huán)控制器接收所述的主控制器的信號，控制所述震動馬達(dá)震動，通過啟用不同位置的所述的震動馬達(dá)產(chǎn)生代表不同方位的震動反饋信息，所有所述的震動馬達(dá)震動用于抓取成功的反饋信息。
9、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述智能假肢包括假手、腕部旋轉(zhuǎn)電機(jī)腕部屈曲電機(jī)、智能假肢控制器、腕部驅(qū)動板、假肢電池、局部相機(jī)和腕部外殼，所述腕部旋轉(zhuǎn)電機(jī)和腕部屈曲電機(jī)固定到所述的腕部外殼內(nèi)，帶動所述假手旋轉(zhuǎn)和屈曲運(yùn)動，所述假肢控制器與所述的主控制器通過無線連接，根據(jù)所述主控制器的信號控制所述假手、腕部旋轉(zhuǎn)電機(jī)和腕部屈曲電機(jī)運(yùn)動，所述的假肢電池為智能假肢提供電力，所述假肢控制器腕部驅(qū)動板、假肢電池固定到所述的腕部外殼的內(nèi)部，所述局部相機(jī)固定到所述的腕部外殼的側(cè)邊，使得所述的局部相機(jī)的視野能夠包含所述假手的手掌內(nèi)側(cè)部分。
10、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述獨(dú)立聲源模塊包括聲源模塊上蓋、聲源模塊喇叭、聲源模塊開關(guān)、聲源模塊電池、聲源模塊控制器、音樂播放模塊、電源管理模塊、聲源模塊底座、磁吸盤和內(nèi)存卡；所述聲源模塊控制器接收來自于所述的主控制器的無線傳輸信息，控制所述音樂播放模塊播放或者暫停所述的內(nèi)存卡中的音樂文件，所述的聲源模塊電池為所述的獨(dú)立聲源模塊提供電力。
11、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述獨(dú)立聲源模塊的形狀為圓盤狀或者小長方體形狀。
12、進(jìn)一步的，提供一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述主控制器通過對所述全局相機(jī)和所述局部相機(jī)獲得的圖像進(jìn)行識別檢測，獲得視野中的物體的類別和位置信息，生成語音提示和震動反饋信息，并根據(jù)生成的信息分別控制所述的無線耳麥和所述的震動反饋臂環(huán)產(chǎn)生語音提示和震動反饋，用于引導(dǎo)用戶完成環(huán)境感知、移動導(dǎo)航和抓取引導(dǎo)任務(wù)，當(dāng)所述主控制器檢測到目標(biāo)物體位于所述假手的抓取范圍內(nèi)時(shí)，所述主控制器控制所述的假手閉合，完成對目標(biāo)物體的抓取。
13、方案二、一種面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制方法，所述智能假肢控制方法基于方案一種任意一項(xiàng)所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述智能假肢系統(tǒng)控制方法包括：
14、s1、用戶先將所述的背包背到身上，并將所述的震動反饋臂環(huán)穿戴在大臂上，再將所述的假肢接受腔佩戴在殘肢末端，后將所述的智能假肢固定到所述的假肢接受腔上，并將所述的頭戴相機(jī)佩本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述智能假肢控制系統(tǒng)包括無線耳麥(1)、頭戴相機(jī)(2)、震動反饋臂環(huán)(3)、智能假肢(4)、獨(dú)立聲源模塊(5)、假肢接受腔(6)、背包(7)、主控制器(8)和移動電源(9)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頭戴相機(jī)(2)包括彈性發(fā)帶(21)、調(diào)節(jié)支架(22)和全局相機(jī)(23)，所述彈性發(fā)帶(21)佩戴在用戶的頭部，所述調(diào)節(jié)支架(22)固定到所述的彈性發(fā)帶(21)上，所述全局相機(jī)(23)固定到所述調(diào)節(jié)支架(22)上，所述調(diào)節(jié)支架(22)用于調(diào)整所述的全局相機(jī)(23)的視野角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述震動反饋臂環(huán)(3)包括主震動模塊底座(31)、震動臂環(huán)電池(32)、震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)、主震動模塊上蓋(34)、震動臂環(huán)控制器(35)、震動臂環(huán)開關(guān)(36)、震動馬達(dá)(37)、子震動模塊(38)和彈性連接件(39)；所述震動臂環(huán)電池(32)、震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)、震動臂環(huán)控制器(35)固定到
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述子震動模塊(38)的數(shù)量為五個(gè)，所述震動馬達(dá)(37)的數(shù)量為十二個(gè)，每個(gè)所述子震動模塊(38)和所述主震動模塊底座(31)上各有兩個(gè)所述的振動馬達(dá)(37)，所述震動馬達(dá)(37)通過軟排線與所述震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述震動反饋臂環(huán)(3)佩戴在用戶的大臂上，與所述主控制器(8)通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的方法為：所述主震動模塊底座(31)位于大臂的上側(cè)，所述震動臂環(huán)控制器(35)接收所述主控制器(8)的信號，控制所述震動馬達(dá)(37)震動，通過啟用不同位置的所述震動馬達(dá)(37)產(chǎn)生代表不同方位的震動反饋信息，所有所述震動馬達(dá)(37)震動用于抓取成功的反饋信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述智能假肢(4)包括假手(41)、腕部旋轉(zhuǎn)電機(jī)(42)腕部屈曲電機(jī)(43)、智能假肢控制器(44)、腕部驅(qū)動板(45)、假肢電池(46)、局部相機(jī)(47)和腕部外殼(48)，所述腕部旋轉(zhuǎn)電機(jī)(42)和腕部屈曲電機(jī)(43)固定到所述的腕部外殼(48)內(nèi)，帶動所述假手(41)旋轉(zhuǎn)和屈曲運(yùn)動，所述假肢控制器(44)與所述的主控制器(8)通過無線連接，根據(jù)所述主控制器(8)的信號控制所述假手(41)、腕部旋轉(zhuǎn)電機(jī)(42)和腕部屈曲電機(jī)(43)運(yùn)動，所述假肢電池(46)為智能假肢(4)提供電力，所述假肢控制器(44)腕部驅(qū)動板(45)、假肢電池(46)固定到所述的腕部外殼(48)的內(nèi)部，所述局部相機(jī)(47)固定到所述的腕部外殼(48)的側(cè)邊，使得所述局部相機(jī)(47)的視野能夠包含所述假手(41)的手掌內(nèi)側(cè)部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述獨(dú)立聲源模塊(5)包括聲源模塊上蓋(51)、聲源模塊喇叭(52)、聲源模塊開關(guān)(53)、聲源模塊電池(54)、聲源模塊控制器(55)、音樂播放模塊(56)、電源管理模塊(57)、聲源模塊底座(58)、磁吸盤(59)和內(nèi)存卡(60)；所述聲源模塊控制器(55)接收來自于所述主控制器(8)的無線傳輸信息，控制所述音樂播放模塊(56)播放或者暫停所述的內(nèi)存卡(60)中的音樂文件，所述聲源模塊電池(54)為所述獨(dú)立聲源模塊(5)提供電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述獨(dú)立聲源模塊(5)的形狀為圓盤狀或者小長方體形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器(8)通過對所述全局相機(jī)(23)和所述局部相機(jī)(47)獲得的圖像進(jìn)行識別檢測，獲得視野中的物體的類別和位置信息，生成語音提示和震動反饋信息，并根據(jù)生成的信息分別控制所述無線耳麥(1)和所述震動反饋臂環(huán)(3)產(chǎn)生語音提示和震動反饋，用于引導(dǎo)用戶完成環(huán)...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述智能假肢控制系統(tǒng)包括無線耳麥(1)、頭戴相機(jī)(2)、震動反饋臂環(huán)(3)、智能假肢(4)、獨(dú)立聲源模塊(5)、假肢接受腔(6)、背包(7)、主控制器(8)和移動電源(9)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頭戴相機(jī)(2)包括彈性發(fā)帶(21)、調(diào)節(jié)支架(22)和全局相機(jī)(23)，所述彈性發(fā)帶(21)佩戴在用戶的頭部，所述調(diào)節(jié)支架(22)固定到所述的彈性發(fā)帶(21)上，所述全局相機(jī)(23)固定到所述調(diào)節(jié)支架(22)上，所述調(diào)節(jié)支架(22)用于調(diào)整所述的全局相機(jī)(23)的視野角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述震動反饋臂環(huán)(3)包括主震動模塊底座(31)、震動臂環(huán)電池(32)、震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)、主震動模塊上蓋(34)、震動臂環(huán)控制器(35)、震動臂環(huán)開關(guān)(36)、震動馬達(dá)(37)、子震動模塊(38)和彈性連接件(39)；所述震動臂環(huán)電池(32)、震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)、震動臂環(huán)控制器(35)固定到所述主震動模塊底座(31)內(nèi)，所述震動臂環(huán)電池(32)為所述震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)和震動臂環(huán)控制器(35)提供電力，所述震動臂環(huán)開關(guān)(36)固定到所述主震動模塊底座(31)的側(cè)面，所述震動馬達(dá)(37)固定到所述主震動模塊底座(31)和所述子震動模塊(38)的內(nèi)側(cè)，使得所述震動馬達(dá)(37)用于壓到用戶的大臂皮膚上，所述主震動模塊底座(31)和所述子震動模塊(38)以及所述子震動模塊(38)之間通過所述彈性連接件(39)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述子震動模塊(38)的數(shù)量為五個(gè)，所述震動馬達(dá)(37)的數(shù)量為十二個(gè)，每個(gè)所述子震動模塊(38)和所述主震動模塊底座(31)上各有兩個(gè)所述的振動馬達(dá)(37)，所述震動馬達(dá)(37)通過軟排線與所述震動臂環(huán)驅(qū)動板(33)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向視覺障礙截肢患者的智能假肢控制系統(tǒng)，其特征在于，所述震動反饋臂環(huán)(3)佩戴在用戶的大臂上，與所述主控制器(8)通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的方法為：所述主震動模塊底座(31)位于大臂的上側(cè)，所述震動臂環(huán)控制器(35)接收所述主控制器(8)的信號，控制所述震動馬達(dá)(37)震動，通過啟用不同位置的所述震動馬達(dá)(37)產(chǎn)生代表不同方位的震動反饋信息，所有所述震動馬達(dá)(37)震動用于抓取成功的反饋信息。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊大鵬，彭椿皓，趙德宇，程明，戴景輝，姜力，劉宏，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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