仿生手动作控制装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及仿生机械手控制领域，尤其是涉及一种仿生手动作控制装置及系统。


背景技术：

2.仿生手是较为常见的一种医疗辅助机械，仿生手是由多个电机驱动相应仿生手指的器械，作为上肢截肢者的辅助机械来执行类似人手的各种操作。随着技术的进步，此类仿生手的动作形式也更加多样化、人性化，但功能的增多带来了控制逻辑更加复杂，相应的控制器的体积较大，导致仿生手体积笨重，用户体验感较差。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种仿生手动作控制装置及系统，该仿生手动作控制装置体积小巧，易于佩戴，并可实现多种信号采集方式，提升用户佩戴体验。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种仿生手动作控制装置，仿生手动作控制装置佩戴在人体的预定部位，仿生手动作控制装置包括：处理器，以及处理器相连的通信电路、信号切换装置以及动作传感器；
5.动作传感器，用于获取操作者的动作指令信号；
6.信号切换装置，用于获取切换动作信号；
7.处理器，用于对动作指令信号以及切换动作信号进行处理，生成仿生手控制指令；
8.通信电路，用于将动作指令信号以及切换动作信号传输至处理器；还用于将仿生手控制指令发送至仿生手中。
9.在一些实施方式中，仿生手动作控制装置还包括：电源单元；电源单元用于为处理器、通信电路、信号切换装置以及动作传感器进行供电；
10.其中，电源单元包括：电源管理电路，以及与电源管理电路相连的电池、充放电电路以及电池接口。
11.在一些实施方式中，电池，包括：锂电池、干电池或燃料电池。
12.在一些实施方式中，仿生手动作控制装置还包括：存储单元；存储单元用于存储仿生手动作控制装置产生的数据及指令。
13.在一些实施方式中，信号切换装置，包括：按键、摇杆、触摸屏幕、重力加速度传感器、肌电传感器和脑电波传感器。
14.在一些实施方式中，动作传感器，包括：肌电传感器、重力加速度传感器、脑电波传感器和摄像头。
15.在一些实施方式中，通信电路，包括：蓝牙通讯电路、串口通讯电路、usb通讯电路、以太网通信电路、wifi通讯电路、4g通讯电路、5g通讯电路、zigbee通讯电路、nb-iot通讯电路、lora通讯电路、sigfox通讯电路、lan通讯电路和rs485通讯电路。
16.在一些实施方式中，处理器为单片微型计算机。
17.在一些实施方式中，预定部位包括：人体头部、手臂和腰部。
18.第二方面，本实用新型实施例提供了一种仿生手动作控制系统，该仿生手动作控制系统包括：仿生手，以及如第一方面任一可能的实施方式中提到的仿生手动作控制装置；
19.仿生手动作控制装置通过通信电路控制仿生手的动作。
20.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
21.本实用新型提供了一种仿生手动作控制装置及系统，该仿生手动作控制装置佩戴在人体的预定部位，包括：处理器，以及处理器相连的通信电路、信号切换装置以及动作传感器；其中，动作传感器，用于获取仿生手的动作指令信号；信号切换装置，用于获取切换动作信号；处理器，用于对动作指令信号以及切换动作信号进行处理，生成仿生手控制指令；通信电路，用于将动作指令信号以及切换动作信号传输至处理器；还用于将仿生手控制指令发送至仿生手中。该仿生手动作控制装置体积小巧，易于佩戴，并可实现多种信号采集方式，提升用户佩戴体验。
22.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义的确定，或者通过实施本实用新型的上述技术即可得知。
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚的说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例提供的一种仿生手动作控制装置的结构示意图；
26.图2为本实用新型实施例提供的另一种仿生手动作控制装置的结构示意图；
27.图3为本实用新型实施例提供的一种仿生手动作控制装置中电源单元的结构示意图；
28.图4为本实用新型实施例提供的一种仿生手动作控制系统。
29.图标：
30.100-处理器；200-通信电路；300-信号切换装置；400-动作传感器；500-电源单元；600-存储单元；510-电源管理电路；520-电池；530-充放电电路；540-电池接口；40-仿生手；41-仿生手动作控制装置。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.仿生手是较为常见的一种医疗辅助机械，仿生手是由多个电机驱动相应仿生手指的器械，作为上肢截肢者的辅助机械来执行类似人手的各种操作。随着技术的进步，此类仿
生手的动作形式也更加多样化、人性化，但功能的增多带来了控制逻辑更加复杂，相应的控制器的体积较大，导致仿生手体积笨重，用户体验感较差。
33.基于此，本实用新型实施例提供的一种仿生手动作控制装置及系统，该仿生手动作控制装置体积小巧，易于佩戴，可方便的安装在用户头部、手部、腰部、腿部等身体部位，并可实现多种信号采集方式，提升用户佩戴体验。
34.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种仿生手动作控制装置进行详细介绍。
35.参见图1所示的一种仿生手动作控制装置的结构示意图，其中，仿生手动作控制装置佩戴在人体的预定部位，仿生手动作控制装置包括：处理器100，以及处理器100相连的通信电路200、信号切换装置300以及动作传感器400；
36.动作传感器400，用于获取操作者的动作指令信号；
37.信号切换装置300，用于获取切换动作信号；
38.处理器100，用于对动作指令信号以及切换动作信号进行处理，生成仿生手控制指令；
39.通信电路200，用于将动作指令信号以及切换动作信号传输至处理器100；还用于将仿生手控制指令发送至仿生手中。
40.处理器100具有数据分析运算能力的控制芯片，其作用是根据不同的任务需求分别对动作指令信号以及切换动作信号进行处理，生成仿生手控制指令；并将仿生手控制指令发送至仿生手中。
41.通信电路200作为处理器100、信号切换装置300以及动作传感器400提供信息交换的中介，用于传输仿生手运动控制相关指令提供给处理器100进行运算。同时，通信电路200还用于将收集的仿生手反馈数据传输至处理器100中。
42.通信电路200中与其它组件采用统一协议，可快速为仿生手动作控制装置扩展新的功能模块，仅需要将新的功能模块的通信接口接入至通信电路200中即可实现扩展。
43.信号切换装置300，其作用是收集用户的切换动作信号。信号切换装置300可佩戴在头部，手部，腰部等身体部位，由操作者进行操作。
44.动作传感器400，用于获取仿生手的动作指令信号，其作用是收集用户的启动或停止操作信号。所采集的信号可以是数字信号；也可以是将模拟信号通过预设阈值判断得到的数字信号；也可以为连续的模拟信号。
45.通过上述仿生手动作控制装置可知，该仿生手动作控制装置体积小巧，易于佩戴，可方便的安装在用户头部、手部、腰部、腿部等身体部位，并可实现多种信号采集方式，提升用户佩戴体验。
46.如图2所示的另一种仿生手动作控制装置的结构示意图可知，在一些实施方式中，仿生手动作控制装置还包括：电源单元500；电源单元500用于为处理器100、通信电路200、信号切换装置300以及动作传感器400进行供电；
47.仿生手动作控制装置还包括：存储单元600；存储单元600用于存储仿生手动作控制装置产生的数据及指令。
48.在一些实施方式中，信号切换装置300，包括：按键、摇杆、触摸屏幕、重力加速度传感器、肌电传感器和脑电波传感器。
49.在一些实施方式中，动作传感器400，包括：肌电传感器、重力加速度传感器、脑电波传感器和摄像头。
50.通信电路200，包括：蓝牙通讯电路、串口通讯电路、usb通讯电路、以太网通信电路、wifi通讯电路、4g通讯电路、5g通讯电路、zigbee通讯电路、nb-iot通讯电路、lora通讯电路、sigfox通讯电路、lan通讯电路和rs485通讯电路。
51.具体的说，处理器100为单片微型计算机，具有数据存储、分析、运算、指令发送等功能的控制芯片，其作用是根据不同的任务需求，分别接受动作传感器和信号切换装置的数据，并进行处理；处理完成后将数据、信息传输至通信电路中，最终驱动仿生手进行运动。
52.存储单元600，包含但不限于sd卡、闪存芯片、内存条、ssd、机械硬盘等电子存储设备。存储单元600与处理器100连接，其作用是存储处理器100所采集、运算、处理的数据。
53.信号切换装置300，包含但不限于：肌电传感器、按键、摇杆、触摸屏幕、重力加速度传感器、肌电传感器和脑电波传感器，其作用是收集操作者的切换动作信号。信号切换装置300，可由用户进行操作，或者佩戴其头部，手部，腰部等身体部位；用户通过对按键进行按下/放开操作，或者对摇杆进行拨动/复位操作，或者此采用机电传感器进行收缩/放松，或者采用重力加速度传感器进行摆动头部、挥动手臂等动作，均可被所述信号切换装置捕捉，并将信号传递给处理器100进行处理判断。信号切换装置300采集的模拟信号；也可以通过预设阈值区处理采集的初始信号处理为数字开关信号，用于判断操作者操作得到的切换状态；信号切换装置300采集的模拟信号也可以通过模拟信号直接传递给处理器100，并通过处理器100判断信号强弱。
54.动作传感器400，包含但不限于：肌电传感器、重力加速度传感器、脑电波传感器和摄像头，也可包含按键，摇杆，其作用是收集操作者的启动或停止指令动作操作信号。动作传感器400可由用户进行操作，佩戴其头部，手部，腰部等身体部位；用户通过对按键进行按下/放开操作，或者对摇杆进行拨动/复位操作，或者此采用机电传感器进行收缩/放松，或者采用重力加速度传感器进行摆动头部、挥动手臂等动作均可被动作传感器400捕捉；动作传感器400也可以捕捉操作者身体生物电信号和脑电波信号，也可以通过视觉收集机械手的状态信号。将采集信号传递至处理器100进行运算、处理和存储。采集信号可以是数字信号；也可以是将模拟信号通过预设阈值判断得到的数字信号；也可以为连续的模拟信号。
55.在一些实施方式中，预定部位包括：人体头部、手臂和腰部。
56.电源单元500的结构示意图如图3所示，包括：电源管理电路510，以及与电源管理电路510相连的电池520、充放电电路530以及电池接口540。
57.在一些实施方式中，电池520，包括：锂电池、干电池或燃料电池。
58.电源管理电路510是控制电源模块的中枢，与所述充放电电路530、电池520连接。电源管理电路510可以将提供电源转换的核心单元，其作用可以将供电线路提供的直流电源，通过升降压电路进行变化，稳定输出给仿生手动作控制装置包含的各类电气元件；也可以将单一的直流电源，转换为多路不同电压值得直流电源。
59.电源管理电路510，可接收电池520经过充放电电路530提供的电能。电源管理电路510，可以将经由电池接口540的电能传递至充放电电路530给电池520进行充电。
60.充放电电路530与电池520连接，可根据其电池特性和电池容量，精准的提供充放电电流控制，提供电池充放电的保护作用。电源单元500安装在仿生手动作控制装置的内
部，其体积小巧，可随身携带。
61.通信电路200为信息交换中枢，为处理器100、信号切换装置300以及动作传感器400提供信息交换的中介。通信电路200中与其它组件采用统一协议，可快速为仿生手动作控制装置扩展新的功能模块，仅需要将新的功能模块的通信接口接入至通信电路200中即可实现扩展。使用的通信方式包含但不限于：蓝牙、wifi、4g、5g，zigbee，lora，sigfox，lan，rs485，以太网等。
62.从上述实施例可知，该仿生手动作控制装置佩戴在人体的预定部位，如：头部、手部、腰部、腿部，包括：处理器，以及处理器相连的通信电路、信号切换装置以及动作传感器；其中，动作传感器，用于获取仿生手的动作指令信号；信号切换装置，用于获取切换动作信号；处理器，用于对动作指令信号以及切换动作信号进行处理，生成仿生手控制指令；通信电路，用于将动作指令信号以及切换动作信号传输至处理器；还用于将仿生手控制指令发送至仿生手中。该仿生手动作控制装置体积小巧，易于佩戴，并可实现多种信号采集方式，提升用户佩戴体验。
63.本实用新型实施例还提供了一种仿生手动作控制系统，其结构示意图如图4所示，该仿生手动作控制系统包括：仿生手40，以及如上述实施例中提到的仿生手动作控制装置41；
64.仿生手动作控制装置41通过通信电路控制仿生手40的动作。
65.该仿生手动作控制装置，体现可以缩小10mm*20mm*5mm内，通过弹力头带固定在操作者头部，其重量极为轻便，操作者无任何负担。
66.动作传感器400为加速度重力传感器，信号切换装置300为机械按键；通信电路200为wifi通信电路；处理器100为微型单片计算机msp430。该控制装置通过wifi与仿生手40建立连接。
67.操作者通过按动按键，仿生手动作控制装置实时将切换信号发送至仿生手；仿生手选定功能动作，进行准备状态。操作者通过快速点头，动作传感器监测到对应点头信号，并经由处理器处理，由wifi通信电路同步发送至仿生手。仿生手接受到对应动作执行信号，立刻执行相对应的功能动作。根据上述方法，使用不同的组合信号，可以控制仿生手执行相对应的功能动作，操作者即可非常便捷完成对仿生手的控制。
68.本实用新型实施例提供的仿生手动作控制装置，与上述实施例提供的仿生手动作控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述仿生手动作控制装置实施例中相应内容。
69.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
70.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。
71.另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
72.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
73.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。