一種輕量級智能義肢手簡介

陳志 張中根

摘 要：義肢手是一種為彌補手臂前端截肢者而專門設計和制作裝配的人工假體。它的主要作用是代替失去肢體的部分功能，使截肢者恢復一定的生活自理和工作能力。為解決國產義肢手品種稀少、性能單一的問題，現設計一種輕量級智能義肢手，其主要由openCV掃描建模模塊、線控機械式手臂、傳感器模塊、開源神經算法模塊、移動終端組成。設計一種快速制造、廉價、功能齊備的輕量級智能義肢手對中國智能義肢行業具有重要意義。

關鍵詞：輕量級；智能義肢；線控

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.33.090

1 引言

我國義肢手市場需求廣泛，但我國自產的義肢手產品數量、品種稀少，性能單一，缺乏技術創新，與世界先進水平之間存在較大差距。我國義肢手產品市場主要被國外企業占領，但進口產品往往價格高昂，動輒數萬甚至數十萬，而我國75%的肢殘人士分布在廣大城鎮及農村的地區，且截肢者中有很大部分為貧困人口， 因此義肢手的普及率不高， 據估計約有70%的人尚未安裝義肢手。 設計一種快速制造、廉價、功能齊備的國產輕量級智能義肢手較為迫切。

2 輕量級智能義肢手概述

智能義肢，又叫神經義肢。在截肢或肢體不完全處，控制肢體的神經會繼續存活，科學家用利用這些神經連接智能義肢，可自主控制機械手，恢復一定程度上的生活自理和工作能力。經過調研、學習和設計，在現有智能義肢手的基礎上，設計了一種輕量級智能義肢手。該義肢手采用3D打印技術打印主體，采用線控系統傳遞能量，運用表面肌電信號控制方法，對義肢手進行控制。支持簡單語音交互，并且加入物聯網模塊，患者可以通過手機將心率、肌肉運動量等健康數據導入云端，方便復健訓練的計劃與管理。

3 義肢手對比及優勢分析使用體驗無手指關節，無握力感知，無握力控制，負重感一般，無實用性。無手指關節，無握力感知，無握力控制，只能被動張開閉合，負重感較強，需要一定的訓練才能使用。有指關節，無握力感知，握力控制較難，能主動張開閉合，負重感較強，需要一定的練習才能使用。

目前市場上的義肢手主要包括為：裝飾性仿真手、索控式仿真手和肌電式仿真手。將幾種義肢手綜合性能對比如表1。

設計的輕量級智能義肢手美觀性一般，有手指關節，有握力感知，容易控制握力，需要簡單適應，與特制工具連接可完成各種工作，成本價格不超過千元。制作模型如圖1所示。

4 輕量級智能義肢手設計思路

輕量級智能義肢手是基于OpenCV（Open Source Computer Vision Library）參數化掃描設計的三維掃模軟件對殘疾人士的手部進行三維掃描，推薦最適合使用者的機械手模型，并運用3D打印技術生產價格低廉、輕質量的義肢手。利用Intel Curie模組結合表面肌肉電傳感器實現機械臂對動作的記憶學習，使之具有機器學習的功能，將傳感器送來的不同動作表面肌肉電流信號進行分析?；谏窠浘W絡算法及時對使用者動作進行分析記憶，使義肢手更切合使用者的日常生活，解決肢體殘疾給使用者帶來的困擾。并結合“云管端”的概念，使用物聯網模塊實現對使用者健康數據（例如：心率、肌電壓、運動步數、脈搏）的管理，通過物聯網模塊將數據傳送到云端，在移動終端，使用者可在社區討論交流，在允許情況下，醫生對云端數據進行分析，為使用者發送合理的建議。在義肢手的食指、拇指處預設兩個數據接口，使用者可根據自己的需要搭建不同的模塊，以便更加流暢的使用義肢手去完成生活中的一些必要動作。該產品幫助殘疾人擺脫殘疾手臂的困擾，使其再次擁有正常人的生活。

5 總結

近年來，在市場和政府的共同推動下，我國康復輔助器具產業規模持續擴大，產品種類日益豐富，供給能力不斷增強，服務質量穩步提升，許多國產品牌走出國門、遠銷海外。但是，應該要看到與國際水平的差異，特別是智能醫療器械的設計制造方面。輕量級智能義肢手功能較為豐富，負重感較小，廉價，性能穩定，可滿足一定的生活自理需求，相信在國內智能義肢手具有廣闊的市場前景。

參考文獻

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