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申请/专利权人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

摘要：本发明公开了一种具有意图感知功能的手功能康复装置，包括：主机，其包括动力模块、意图感知模块、康复训练模块、评估分析模块以及控制模块；手套本体，其具备与手指配合的相互独立的5个单指套；以及传动机构，所述传动机构将所述动力模块输出的驱动力传递至所述手套本体，以驱动所述手套本体的单指套进行弯曲与伸展运动；所述意图感知模块通过对采集的使用者的手指的压力信号、弯曲角度信号以及对应手的前臂肌电信号进行分析，判断使用者的手指运动意图，从而通过所述动力模块为手指运动提供辅助的驱动力。本发明具备意图感知功能，通过意图感知判断自动为患者提供辅助的驱动力，能够使患者进行主动训练，有效提高康复训练效果。

主权项：1.一种具有意图感知功能的手功能康复装置，其特征在于，包括：主机，其包括动力模块、意图感知模块、康复训练模块、评估分析模块以及控制模块；手套本体，其具备与手指配合的相互独立的5个单指套；以及传动机构，其连接在所述主机和手套本体之间，所述传动机构将所述动力模块输出的驱动力传递至所述手套本体，以驱动所述手套本体的单指套进行弯曲与伸展运动；其中，所述意图感知模块通过对采集的使用者的手指的压力信号、弯曲角度信号以及对应手的前臂肌电信号进行分析，判断使用者的手指运动意图，从而通过所述动力模块为手指运动提供辅助的驱动力；所述主机还包括主机壳体、设置在所述主机壳体上的触摸显示屏以及与所述康复训练模块连接的电刺激模块，所述动力模块、意图感知模块、康复训练模块、评估分析模块以及控制模块均设置在所述主机壳体内；所述意图感知模块包括信号采集单元以及意图判断模型，所述信号采集单元包括设置在单指套上的用于采集手指指尖压力信号的压力传感器、设置在单指套上的用于采集手指的弯曲角度信号的弯曲传感器以及佩戴在使用者的手臂上的用于采集前臂肌电信号的表面肌电臂环；所述意图判断模型接收所述压力传感器、弯曲传感器和表面肌电臂环采集的信号，通过分析判断手指运动意图；所述意图判断模型包括预处理模块、特征提取模块、第一分类器和第二分类器，所述意图判断模型的工作方法包括以下步骤：1）对意图判断模型进行训练；1-1）预先设计4组训练手势：第一组包括拳头、打开手和手指弯曲，用于表现所有手指在一起的不同运动；第二组包括食指、中指、无名指和小指一起弯曲，中指、无名指、小指一起弯曲，拇指、无名指、小指一起弯曲，拇指、中指、无名指、小指弯曲且食指指向某物，以及拇指、食指、中指弯曲模拟抓握，用于表现出执行不同动作的手灵活性；第三组包括拇指弯曲，以及拇指和食指弯曲，用于表现拇指的运动以及拇指与食指的配合；第四组包括每个手指的单独弯曲，用于表现单指运动；1-2）采集训练数据：受试者佩戴手套本体，按照步骤1-1）的四组训练手势执行手势动作，同时通过信号采集单元采集信号，具体为：通过压力传感器采集手指指尖压力信号、通过弯曲传感器采集手指的弯曲角度信号、通过表面肌电臂环采集前臂肌电信号；每个受试者采集多组训练数据，且采集多个受试者的训练数据，共得到N组训练数据；1-3）采集到的训练数据先使用巴特沃斯带通滤波器进行预处理，然后使用分割重叠方法进行特征提取，压力信号提取的特征包括绝对平均值，记为MAV1；弯曲角度信号提取的特征包括绝对平均值，记为MAV2；前臂肌电信号提取的特征包括：绝对平均值MAV3、均方根RMS、肌电图方差VAV、积分肌电值iEMG、简单平方积分SSI、波长WL；1-4）将第i组训练数据中提取的特征组合MAV1、MAV2、MAV3和RMS作为第一分类器的输入，将第i组训练数据对应的训练手势组别作为第一分类器的输出，对第一分类器进行训练；然后将第i组训练数据中提取的特征组合MAV1、MAV2、MAV3、RMS、VAV、iEMG、SSI、WL以及第一分类器的输出结果作为第二分类器输入，将第i组训练数据对应的具体训练手势作为第二分类器的输出，对第二分类器进行训练；1-5）按照步骤1-4）的方法，通过N组训练数据对第一分类器和第二分类器进行训练，最终得到训练好的意图判断模型；2）使用者佩戴手套本体进行康复训练，预处理模块接收压力传感器、弯曲传感器和表面肌电臂环采集的信号，先使用巴特沃斯带通滤波器进行预处理后传输至所述特征提取模块；所述特征提取模块使用分割重叠方法提取出以下特征：MAV1、MAV2、MAV3、RMS、VAV、iEMG、SSI、WL；然后将特征组合MAV1、MAV2、MAV3和RMS输入到所述第一分类器，对当前信号所属的训练手势组别进行分类识别；再将所述第一分类器的分类结果和特征组合MAV1、MAV2、MAV3、RMS、VAV、iEMG、SSI、WL输入到所述第二分类器，最终通过第二分类器对当前信号的所属训练手势进行识别，从而判断使用者出手指运动的意图；所述弯曲传感器为柔性薄膜传感器，其包括若干矩形片部以及连接在若干矩形片部之间的弧形弯折线部。

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