一种轻量级智能义肢手简介

陈志 张中根

摘 要：义肢手是一种为弥补手臂前端截肢者而专门设计和制作装配的人工假体。它的主要作用是代替失去肢体的部分功能，使截肢者恢复一定的生活自理和工作能力。为解决国产义肢手品种稀少、性能单一的问题，现设计一种轻量级智能义肢手，其主要由openCV扫描建模模块、线控机械式手臂、传感器模块、开源神经算法模块、移动终端组成。设计一种快速制造、廉价、功能齐备的轻量级智能义肢手对中国智能义肢行业具有重要意义。

关键词：轻量级；智能义肢；线控

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.33.090

1 引言

我国义肢手市场需求广泛，但我国自产的义肢手产品数量、品种稀少，性能单一，缺乏技术创新，与世界先进水平之间存在较大差距。我国义肢手产品市场主要被国外企业占领，但进口产品往往价格高昂，动辄数万甚至数十万，而我国75%的肢残人士分布在广大城镇及农村的地区，且截肢者中有很大部分为贫困人口， 因此义肢手的普及率不高， 据估计约有70%的人尚未安装义肢手。 设计一种快速制造、廉价、功能齐备的国产轻量级智能义肢手较为迫切。

2 轻量级智能义肢手概述

智能义肢，又叫神经义肢。在截肢或肢体不完全处，控制肢体的神经会继续存活，科学家用利用这些神经连接智能义肢，可自主控制机械手，恢复一定程度上的生活自理和工作能力。经过调研、学习和设计，在现有智能义肢手的基础上，设计了一种轻量级智能义肢手。该义肢手采用3D打印技术打印主体，采用线控系统传递能量，运用表面肌电信号控制方法，对义肢手进行控制。支持简单语音交互，并且加入物联网模块，患者可以通过手机将心率、肌肉运动量等健康数据导入云端，方便复健训练的计划与管理。

3 义肢手对比及优势分析使用体验无手指关节，无握力感知，无握力控制，负重感一般，无实用性。无手指关节，无握力感知，无握力控制，只能被动张开闭合，负重感较强，需要一定的训练才能使用。有指关节，无握力感知，握力控制较难，能主动张开闭合，负重感较强，需要一定的练习才能使用。

目前市场上的义肢手主要包括为：装饰性仿真手、索控式仿真手和肌电式仿真手。将几种义肢手综合性能对比如表1。

设计的轻量级智能义肢手美观性一般，有手指关节，有握力感知，容易控制握力，需要简单适应，与特制工具连接可完成各种工作，成本价格不超过千元。制作模型如图1所示。

4 轻量级智能义肢手设计思路

轻量级智能义肢手是基于OpenCV（Open Source Computer Vision Library）参数化扫描设计的三维扫模软件对残疾人士的手部进行三维扫描，推荐最适合使用者的机械手模型，并運用3D打印技术生产价格低廉、轻质量的义肢手。利用Intel Curie模组结合表面肌肉电传感器实现机械臂对动作的记忆学习，使之具有机器学习的功能，将传感器送来的不同动作表面肌肉电流信号进行分析。基于神经网络算法及时对使用者动作进行分析记忆，使义肢手更切合使用者的日常生活，解决肢体残疾给使用者带来的困扰。并结合“云管端”的概念，使用物联网模块实现对使用者健康数据（例如：心率、肌电压、运动步数、脉搏）的管理，通过物联网模块将数据传送到云端，在移动终端，使用者可在社区讨论交流，在允许情况下，医生对云端数据进行分析，为使用者发送合理的建议。在义肢手的食指、拇指处预设两个数据接口，使用者可根据自己的需要搭建不同的模块，以便更加流畅的使用义肢手去完成生活中的一些必要动作。该产品帮助残疾人摆脱残疾手臂的困扰，使其再次拥有正常人的生活。

5 总结

近年来，在市场和政府的共同推动下，我国康复辅助器具产业规模持续扩大，产品种类日益丰富，供给能力不断增强，服务质量稳步提升，许多国产品牌走出国门、远销海外。但是，应该要看到与国际水平的差异，特别是智能医疗器械的设计制造方面。轻量级智能义肢手功能较为丰富，负重感较小，廉价，性能稳定，可满足一定的生活自理需求，相信在国内智能义肢手具有广阔的市场前景。

参考文献

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