【摘要】：智能上肢假肢是用于替代人類上肢部分缺失或受損的生物電子裝置,能有效改善截肢患者生存現(xiàn)狀,提高其生活質(zhì)量。但目前市場(chǎng)上的商業(yè)上肢假肢大多是裝飾性假肢或價(jià)格昂貴的功能性假肢,不能滿足截肢患者對(duì)假肢經(jīng)濟(jì)化、輕量化、高性能的使用需求,因此研發(fā)一種經(jīng)濟(jì)美觀實(shí)用的智能上肢假肢具有重要的社會(huì)意義和市場(chǎng)價(jià)值。傳統(tǒng)的肌電控制假肢多采用開(kāi)關(guān)控制、閾值控制等方式,僅能實(shí)現(xiàn)假肢開(kāi)、合控制等簡(jiǎn)單的功能。近些年出現(xiàn)的基于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)模式識(shí)別算法的多自由度肌電控制假肢,其功能較傳統(tǒng)肌電控制假肢更為豐富和使用更加靈巧,但其性能好壞依賴于人工設(shè)計(jì)的特征,系統(tǒng)的魯棒性較差;加上采集裝置對(duì)電極位置敏感,系統(tǒng)穩(wěn)健性較弱,患者在使用之前要進(jìn)行步驟繁瑣的標(biāo)定實(shí)驗(yàn),給使用者帶來(lái)了諸多不便。市場(chǎng)上現(xiàn)存的大多數(shù)假肢不能滿足截肢患者的使用需求。針對(duì)上述問(wèn)題,本文提出了一種基于多通道深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的上肢運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別算法,用于智能上肢假肢的肌電控制。這個(gè)算法將8通道表面肌電信號(hào)轉(zhuǎn)化為肌電圖像,并根據(jù)骨骼肌肉運(yùn)動(dòng)理論,將其分解為4個(gè)局部圖像。將1個(gè)整體圖像和4個(gè)局部圖像分別作為5個(gè)通道的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,學(xué)習(xí)肌電圖像的整體特征信息和關(guān)鍵局部特征信息,改善了網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于肌電圖像的特征表示能力,提高了上肢運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別的準(zhǔn)確率。同時(shí)由于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很好的深層抽象特征表示能力,本文所提出的基于多通道深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的上肢運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別算法具有更強(qiáng)的魯棒性,克服了電極移位、阻抗變化以及肌肉疲勞等因素對(duì)識(shí)別準(zhǔn)確率的的影響,很好的提升了系統(tǒng)的穩(wěn)健性,提高了肌電控制假肢的控制性能和患者的使用舒適度。本文提出了基于滑觸覺(jué)感知反饋的肌電控制智能上肢系統(tǒng)。采用PVDF壓電薄膜作為滑觸覺(jué)信息的感知器來(lái)采集滑觸覺(jué)信號(hào),通過(guò)滑觸覺(jué)感知與判別,進(jìn)行精細(xì)的假肢抓握控制,使智能上肢假肢具有更好的仿生性、靈巧性和智能性。該智能上肢假肢面向前臂長(zhǎng)殘肢截肢患者的使用需求,采用基于滑觸覺(jué)感知反饋的肌電控制方式,實(shí)現(xiàn)了智能上肢假肢的自主性、靈活性控制。最后總結(jié)了本文的研究成果,并對(duì)后續(xù)研究做出了展望。
【圖文】：

1.2.1 假肢發(fā)展歷史關(guān)于義肢最早的記載，可以追溯到公元前 950 至公元前 710 年的古代埃及。世界上最早的假肢，是英國(guó)科學(xué)家在古埃及木乃伊腳趾上發(fā)現(xiàn)的，如圖1-1所示。主要起到彌補(bǔ)外形缺陷的作用，同時(shí)也具有 定的支撐作用。假肢的發(fā)展經(jīng)過(guò)了原始文明時(shí)期、歐洲中世紀(jì)時(shí)期、歐洲文藝復(fù)興時(shí)期、美國(guó)南北戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期、第次世界大戰(zhàn)到第二次世界大戰(zhàn)期間以及現(xiàn)代 6 個(gè)關(guān)鍵發(fā)展時(shí)期[4,5]。原始時(shí)期的假肢主要起到裝飾的作用，歐洲中世紀(jì)時(shí)期、歐洲文藝復(fù)興時(shí)期出現(xiàn)了由木材，皮革和金屬材料制作而成的機(jī)械假肢，具有 定的實(shí)際操作功能，如圖 1-2 所示。

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文國(guó)、日本、英國(guó)、加拿大、南斯拉夫、手展開(kāi)了多項(xiàng)研究，并取得了諸多研究成控制上肢假肢的研究。ck[19]公司研制的單自由度肌電假肢手 Ot功，實(shí)際運(yùn)用最廣泛的肌電假手之 。O三指肌電假肢手，如圖 1-2 所示。其不僅還可以通過(guò)假手上配備的傳感器，，感知?jiǎng)訒r(shí)，假肢手會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)抓握動(dòng)作，增ook 公司 直致力于仿人假肢手的研發(fā)和的假肢手 Michelangelo[19]是目前世界上控制拇指的內(nèi)收與外展，腕關(guān)節(jié)內(nèi)旋與手的五個(gè)指尖和掌心還自帶 6 個(gè)傳感器
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP18;TP391.4;R496

【參考文獻(xiàn)】

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