在即将开幕的第16届中国国际工业博览会上,上海及海外共69所高校带来的670项高科技项目注定会是一道亮眼风景。上海交大传出消息,上海交大机器人研究所研发的新的仿人假肢手将为肢残患者带来美好幸福生活。
可复现人手约90%的动作
人手有16个关节,20多个自由度,由34个肌肉组织驱动,是人体运动系统中最重要的执行器,大脑运动皮层30%的区域负责手的控制。再造一只与人手灵巧程度相当的机械手一直让全世界科学家倾注大量心血。
起源于上世纪80年代的机器人多指手灵巧操作性能已接近人手,而肌电假肢的研究和应用历时大半个世纪,目前产品化的假肢仍为单自由度。造成这一差别的最大原因在于假肢是一个生机电一体化系统,它在与神经系统的直接交互过程中完成运动功能并实现人机功能合一。
如今,上海交大机器人研究所研发的仿人假肢手,在分析人手常用动作的基础上,优化设计结构、外形、控制系统,可复现人手90%左右的动作,通过自制的肌电臂带控制,随心所动。
抓水杯、打电话不是难题
交大这款SJT-6假肢手可实现多种常用动作,能够满足截肢患者的日常需求。例如,患者能够使用伸食指这个动作来操作计算机键盘、拨打电话,或者通过五指抓握可以抓取水杯、钱包等物体。
设计团队介绍,传统的局部假肢手产品,除了提供美观功能和简单动作如张开、闭合外,很难实现日常生活中的动作,而SJT-6仿人假肢手具有与人手相似的外形和功能。该仿人假肢手有9个主动自由度,其中手部6个,腕部3个。手部由5个结构相同的手指模块和拟人手掌构成。假肢手指采用欠驱动机构,即一个主动驱动可实现手指各关节的柔顺运动。每个手指只需要一个螺钉就可以将其安装在手掌上,安装维修方便快捷。其中大拇指可像人手那样旋转到不同位置,加强抓握能力。内置的失速检测装置能感知每个手指是否抓握到物体,手指接触到物体并施加设定的抓握力后就锁定位置,从而能抓取不同形状和尺寸的物体。3自由度拟人手腕,结构紧凑、重量轻、运动灵活,可实现上下切、内外翻和内外旋3类动作,腕部动作大大提升假肢手的操作空间。
希望降低价格造福肢残患者
如此灵巧的手是怎样获得大脑对它的控制?答案就在胳膊上的一个圆环。SJT-6假肢机械手的动作模式是通过肌电臂环控制,该臂环从人体臂端采集生物电信号,通过分析处理获知人体意图,从而实现了机械与人体之间的“接口”。戴上肌电臂环,人们可以随心所欲地操控外接设备,电脑鼠标、小飞机、轮椅、电源开关、PPT、游戏等等都将不是问题。
目前,上海交大的仿人假肢手已在假肢手欠驱设计、生物信号采集及处理方法等方面申请专利十余项,部分专利技术已开展应用合作,并在6个肢残患者上进行了功能测试,有望大大降低仿人假肢手价格。