在即將開幕的第16屆中國國際工業博覽會上,上海及海外共69所高校帶來的670項高科技項目注定會是一道亮眼風景。上海交大傳出消息,上海交大機器人研究所研發的新的仿人假肢手將為肢殘患者帶來美好幸福生活。
可復現人手約90%的動作
人手有16個關節,20多個自由度,由34個肌肉組織驅動,是人體運動系統中最重要的執行器,大腦運動皮層30%的區域負責手的控制。再造一只與人手靈巧程度相當的機械手一直讓全世界科學家傾注大量心血。
起源于上世紀80年代的機器人多指手靈巧操作性能已接近人手,而肌電假肢的研究和應用歷時大半個世紀,目前產品化的假肢仍為單自由度。造成這一差別的最大原因在于假肢是一個生機電一體化系統,它在與神經系統的直接交互過程中完成運動功能并實現人機功能合一。
如今,上海交大機器人研究所研發的仿人假肢手,在分析人手常用動作的基礎上,優化設計結構、外形、控制系統,可復現人手90%左右的動作,通過自制的肌電臂帶控制,隨心所動。
抓水杯、打電話不是難題
交大這款SJT-6假肢手可實現多種常用動作,能夠滿足截肢患者的日常需求。例如,患者能夠使用伸食指這個動作來操作計算機鍵盤、撥打電話,或者通過五指抓握可以抓取水杯、錢包等物體。
設計團隊介紹,傳統的局部假肢手產品,除了提供美觀功能和簡單動作如張開、閉合外,很難實現日常生活中的動作,而SJT-6仿人假肢手具有與人手相似的外形和功能。該仿人假肢手有9個主動自由度,其中手部6個,腕部3個。手部由5個結構相同的手指模塊和擬人手掌構成。假肢手指采用欠驅動機構,即一個主動驅動可實現手指各關節的柔順運動。每個手指只需要一個螺釘就可以將其安裝在手掌上,安裝維修方便快捷。其中大拇指可像人手那樣旋轉到不同位置,加強抓握能力。內置的失速檢測裝置能感知每個手指是否抓握到物體,手指接觸到物體并施加設定的抓握力后就鎖定位置,從而能抓取不同形狀和尺寸的物體。3自由度擬人手腕,結構緊湊、重量輕、運動靈活,可實現上下切、內外翻和內外旋3類動作,腕部動作大大提升假肢手的操作空間。
希望降低價格造福肢殘患者
如此靈巧的手是怎樣獲得大腦對它的控制?答案就在胳膊上的一個圓環。SJT-6假肢機械手的動作模式是通過肌電臂環控制,該臂環從人體臂端采集生物電信號,通過分析處理獲知人體意圖,從而實現了機械與人體之間的“接口”。戴上肌電臂環,人們可以隨心所欲地操控外接設備,電腦鼠標、小飛機、輪椅、電源開關、PPT、游戲等等都將不是問題。
目前,上海交大的仿人假肢手已在假肢手欠驅設計、生物信號采集及處理方法等方面申請專利十余項,部分專利技術已開展應用合作,并在6個肢殘患者上進行了功能測試,有望大大降低仿人假肢手價格。