本發明涉及一種肌電信號控制的機械手運動機構，可運用于欠驅動的終端機械執行機構中。

背景技術：

隨著科學技術的發展，表面肌電系統在醫療領域已經得到了廣泛的應用。肌電控制是通過皮膚表面的感應器采集肌肉神經的動作，將肌電信號處理后，經電機驅動傳動裝置運動，從而實現假肢動作。

為了提高信號處理的準確度，可以利用基于貝葉斯概率的圖形化網絡，即貝葉斯網絡，該概率網絡基于概率推理，在解決不定性和不完整性問題上具有獨特的優勢，已廣泛應用在多個領域中。

此外，3d打印技術的發展，為零件成型提供了一種快捷、美觀、低成本的途徑，通過將3d打印零件和標準機械零件組合使用，既能實現需要的機械結構功能，又環保輕便。

技術實現要素：

本發明的目的是：通過將肌電信號轉換為模擬動作，為肌電控制領域提供了一個便捷的研究平臺。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種肌電信號控制的機械手運動機構，其特征在于，包括五根機械指每根機械指包括多個首尾鉸接的指節，所有指節由至少一根鋼絲繩牽引，五根機械指連接在模擬手掌的前端，模擬手掌的后端設有腕關節連接軸，腕關節連接軸帶動模擬手掌上、下擺動，電動機二經由齒輪機構驅動腕關節連接軸轉動，腕關節連接軸設于帶電動機一的模擬手腕關節上，電動機一驅動模擬手掌內、外翻轉，模擬手腕關節設于支座，五根鋼絲繩穿過支座后繞在由電動機三驅動旋轉的轉動軸上。

優選地，在相鄰兩個所述指節之間連接有復位彈簧。

優選地，由三個獨立的信號邏輯判斷電路分別對手指、手腕的動作進行判斷，三個獨立的信號邏輯判斷電路分別實現：

第一個信號邏輯判斷電路，判斷手指的動作，將手指握緊、半握、張開設定為a1、a2、a3，分別對應電動機三動作的三種模式，信號通過計算機程序驅動電路，實現五根手指的相應動作，若沒有檢測到動作，設定為a0；

第二個信號邏輯判斷電路，判斷手腕上下擺動的動作，將手腕自中間向上、自上方回復初始位置、自中間往下、自下方回復初始位置設定為b1、b2、b3、b4，分別對應電動機二動作的四種模式，信號通過計算機程序驅動電路，實現模擬手掌6的相應動作，若沒有檢測到動作，設定為b0；

第三個信號邏輯判斷電路，判斷手腕內外旋的動作，將手腕自中間往內旋、自內回復初始位置、自中間往外旋、自外回復初始位置設定為c1、c2、c3、c4，分別對應電動機一動作的四種模式，信號通過計算機程序驅動電路，實現模擬手腕關節8的相應動作，若沒有檢測到動作，設定為c0。

優選地，依據貝葉斯網絡，設定同一類手指、手腕動作下不同動作接連發生的概率，即每一個獨立信號邏輯判斷電路控制切換電機模式的概率：

對于所述第一個信號邏輯判斷電路，預設在a1發生的條件下，發生a1、a2、a3的概率分別為0、0.7、0.3；在a2發生的條件下，發生a1、a2、a3的概率分別為0.5、0、0.5；在a3發生的條件下，發生a1、a2、a3的概率分別為0.3、0.7、0；

對于所述第二個信號邏輯判斷電路，預設在b1發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0、1、0、0；預設在b2發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0.5、0、0.5、0；預設在b3發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0、0、0、1；預設在b4發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0.5、0、0.5、0；

對于所述第三個信號邏輯判斷電路，預設在c1發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0、1、0、0；預設在c2發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0.5、0、0.5、0；預設在c3發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0、0、0、1；預設在c4發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0.5、0、0.5、0。

本發明有益效果：提供一種肌電信號控制的機械手運動機構，通過計算機編程將采集的肌電信號轉換為電路信號，再驅動機械傳動機構，實現機械手三類動作，每類動作3至4種表現，兩者之間存在多種組合動作；結合貝葉斯網絡算法，預先設定先后動作之間的關聯，提高信號識別的精度。該機構符合現有的機械結構功能，具有較好的外型設計，能通過3d快速成型打印技術降低成本，為肌電控制領域的研究搭建了一個方便的研究平臺。

附圖說明

圖1為機械手整體造型、傳動的示意圖；

圖2為機械手指的細節設計及其相關功能示意圖；

圖3為依據貝葉斯網絡設定的動作關聯程度。

具體實施方式

為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

如圖1所示，本發明提供的一種肌電信號控制的機械手運動機構，包括機械指1、2、3、4、5，機械指的指節內側有供鋼絲繩12穿過的圓孔。模擬手掌6上有五根機械指的連接孔。腕關節連接軸7與模擬手掌6固定連接，腕關節連接軸7設于模擬手腕關節8上。模擬手腕關節8嵌入支座9的圓形孔內。機構的傳動部分有傳動齒輪10，安裝在腕關節連接軸7上，與電機傳動齒輪11嚙合。機構的動力部分來自三個獨立運轉的電動機，電動機一m1、電動機二m2、電動機三m3。

本發明涉及的機構還包括多個指關節連接螺栓。指關節連接螺栓用來連接五指的各個指節，指節之間通過復位彈簧13相連，指節內側圓孔是指圖2中的指節結構的圓孔設計。鋼絲繩12通過圓孔，匯集到電動機三m3的外伸軸。傳動齒輪10安裝在腕關節連接軸7的左端，與電動機二m2外伸軸上的電機傳動齒輪11相嚙合。模擬手腕關節8上有連結軸的孔，與電動機一m1的外伸軸通過鍵連接。本發明還包括單片機控制系統。

機械手動作部分是實現運動控制的載體，包括機械指1、2、3、4、5，模擬機械手掌6，腕關節連接軸7，模擬機械手腕8。五指關節在連接處安裝有復位彈簧13，實現握緊后的復位。電動機二m2的正反轉及步進運動帶動齒輪10運動，從而帶動所述模擬手掌6動作；電動機一m1的外伸軸與模擬手腕關節87連接，電動機一m1的正反轉及步進運動通過連接軸帶動所述模擬手腕關節實現內外旋的動作。

整體機械結構通過連接電腦輸出信號進行控制。肌電信號采集后，三個獨立的信號邏輯判斷電路分別對手指、手腕的動作進行判斷，上述三個獨立的信號邏輯判斷電路分別實現：

第一個信號邏輯判斷電路，判斷手指的動作，將手指握緊、半握、張開設定為a1、a2、a3，分別對應電動機三m3動作的三種模式，信號通過計算機程序驅動電路，實現五根手指的相應動作，若沒有檢測到動作，設定為a0；

第二個信號邏輯判斷電路，判斷手腕上下擺動的動作，將手腕自中間向上、自上方回復初始位置、自中間往下、自下方回復初始位置設定為b1、b2、b3、b4，分別對應電動機二m2動作的四種模式，信號通過計算機程序驅動電路，實現模擬手掌6的相應動作，若沒有檢測到動作，設定為b0；

第三個信號邏輯判斷電路，判斷手腕內外旋的動作，將手腕自中間往內旋、自內回復初始位置、自中間往外旋、自外回復初始位置設定為c1、c2、c3、c4，分別對應電動機一m1動作的四種模式，信號通過計算機程序驅動電路，實現模擬手腕關節的相應動作，若沒有檢測到動作，設定為c0。

依據貝葉斯網絡，設定同一類動作下不同動作接連發生的概率，即每一個獨立信號邏輯判斷電路控制切換電機模式的概率，結合圖3：

對于第一個信號邏輯判斷電路，預設在a1發生的條件下，發生a1、a2、a3的概率分別為0、0.7、0.3；在a2發生的條件下，發生a1、a2、a3的概率分別為0.5、0、0.5；在a3發生的條件下，發生a1、a2、a3的概率分別為0.3、0.7、0；

對于第二個信號邏輯判斷電路，預設在b1發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0、1、0、0；預設在b2發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0.5、0、0.5、0；預設在b3發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0、0、0、1；預設在b4發生的條件下，發生b1、b2、b3、b4的概率分別為0.5、0、0.5、0；

對于第三個信號邏輯判斷電路，預設在c1發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0、1、0、0；預設在c2發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0.5、0、0.5、0；預設在c3發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0、0、0、1；預設在c4發生的條件下，發生c1、c2、c3、c4的概率分別為0.5、0、0.5、0。

若采集的肌電信號為a2-b0-c3，當接入驅動端后，通過第一個信號邏輯判斷電路，驅動電動機三m3，機械手指通過鋼絲繩牽引，達到預設的a2形態，即半握，形成模仿人手自然彎曲的形狀；若牽引力消失，則彎曲的五指可在復位彈簧的作用下還原伸展狀態；

通過第二個信號邏輯判斷電路，由于未采集到預設動作，電機二m2不作相應，保持待機狀態；

通過第三個信號邏輯判斷電路，驅動電動機一m1，電機軸順時針步進，帶動模擬手腕關機外旋，達到預設的c3形態，即手腕外旋。