本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：手是人類最靈活的運(yùn)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(bǔ)償運(yùn)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(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。抓取動作是人手的重要運(yùn)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,患者無法實(shí)時感知假手運(yùn)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(jìn)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(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波動進(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)分析注意力分散對穩(wěn)定抓握時屈肌活動情況的影響。首先基于VC++6.0/MFC平臺設(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(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,研究電刺激參數(shù)對誘發(fā)肌電幅度的影響,并針對不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(qiáng)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(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。為進(jìn)一步驗(yàn)證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(shí)工具箱設(shè)計(jì)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(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。通過對虛擬假肢手反饋控制的離線測試,結(jié)果證實(shí)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(shí)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(yàn)證了一種基于電刺激誘發(fā)肌電的假肢手穩(wěn)定力量輸出控制方法;該方法在實(shí)現(xiàn)假肢手穩(wěn)定力量輸出的同時能夠保證用戶較強(qiáng)本體感受,為后續(xù)肌電假肢手的穩(wěn)定抓握仿生化控制提供了新的思路。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R496

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