CN102429748B - 握速可控式的智能肌电假手控制电路 - Google Patents

握速可控式的智能肌电假手控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种握速可控式的智能肌电假手控制电路，通过电极电路将电极引人的高阻抗肌肉生物电信号进行初步放大和处理后，送入放大电路进一步放大后送控制驱动电路，由单片机输出控制信号到驱动电路对假手的直流微电机进行控制。实现假手握速的比例调节，患者可以根据自己的意愿来通过改变肌电信号的强弱来改变假手的握速，给假手使用者带来了极大方便，提高了假手的可控性。

Description

握速可控式的智能肌电假手控制电路
技术领域
本发明涉及一种假手，特别涉及一种握速可控式的智能肌电假手控制电路。
背景技术
肌电信号（Electromyogram,EMG）就是肌肉运动时产生的生理电信号。表面肌电信号（Surface  Electromyogram,SEMG）是指在皮肤表面采集到的肌电信号，是人体浅层肌肉和神经运动的综合结果。其主要特点有：一是信号幅度小。通常在几十微伏。二是信号频率位于低频范围（10Hz-500Hz）。虽然肌电信号的幅度很小，但是它包含的丰富的信息，这些信息包括人手发出的动作模式、动作速度大小等。通过本领域专家多年的研究表明，肌电信号是当前最理想的假手控制信息源。
目前，国产肌电信号假手，大多数存在假手的张握速度不可控制的缺点。具体表现为，当别人抛一个物体给假手使用者时，假手不能根据使用者的需求来快速握拢抓住物体；相反，假肢穿戴者要抓一个软的容易抓坏的物体（鸡蛋、馒头）时，假手不能按照使用者的意愿，慢慢握拢抓起物体。
发明内容
本发明是针对现在假手无法按患者的意愿控制速度的问题，提出了一种握速可控式的智能肌电假手控制电路，患者可以根据自己的意愿来通过改变肌电信号的强弱来改变假手的握速，给假手使用者带来了极大方便。
本发明的技术方案为：一种握速可控式的智能肌电假手控制电路，包括电极电路、放大电路和控制驱动电路，电极信号首先经过依次由高输入阻抗缓冲放大器、差分放大器、第一放大器、50Hz陷波器和第二缓冲放大器组成的电极电路，得到初步的肌电信号；肌电信号再次进入依次由低通滤波器、第二放大器、绝对值电路、积分电路、第三放大器和第三缓冲放大器组成的放大电路，得到与肌肉生物电信号平均值呈线性关系的直流电信号；放大电路输出的直流电信号送控制驱动电路输出控制假手的张握速度。
所述控制驱动电路包括A/D转换电路、单片机、状态显示单元、驱动电路、直流微电机、电源电路及电源检测保护电路，放大电路输出的直流电信号经过A/D转换电路将数字信号输出到单片机，单片机处理信号后送驱动电路对驱动假手的直流微电机进行控制，电源电路为各个单元提供所需电源，电源检测保护电路包括电压和电流检测电路，对单片机电源进行检测，单片机输出信号到状态显示单元显示假手的张握状态。
本发明的有益效果在于：本发明握速可控式的智能肌电假手控制电路，实现假手握速的比例调节，患者可以根据自己的意愿来通过改变肌电信号的强弱来改变假手的握速，给假手使用者带来了极大方便，提高了假手的可控性。
附图说明
图1是本发明握速可控式的智能肌电假手控制电路中电极电路原理框图；
图2是本发明握速可控式的智能肌电假手控制电路中信号放大电路原理框图；
图3是本发明握速可控式的智能肌电假手控制电路中控制、驱动及电源电路原理框图。
具体实施方式
良好的肌电信号的引入是肌电控制假手的首要前提，如图1所示为电极部分的原理框图。高输入阻抗缓冲放大器1的作用是减小由电极引人的高阻抗肌肉生物电信号的衰减。差分放大器具有高共模抑制比，对来自高输入阻抗缓冲放大器输出的差分信号进行放大得到单端输出信号。放大器1为可调增益放大器用于肌肉生物电信号放大量调整。50Hz陷波器用于抑制工频干扰信号。50Hz陷波器及后级电路之间设置缓冲放大器2减小彼此间影响。经过此环节，肌电信号得到初步的放大和处理。
经过上述的放大远远不够，需要对肌电信号进行进一步的放大和处理。如图2所示信号放大部分电路原理框图，信号放大电路对来自电极电路放大处理后的肌肉生物电信号进行低通滤波，滤去杂散高频信号。放大器2对经低通滤波后的肌肉生物电信号进行放大。绝对值电路对放大器2输出的信号进行双向整流。积分电路对双向整流后肌肉生物电信号进行积分得到与肌肉生物电信号平均值对应的直流电信号。放大器3对积分电路输出的直流电信号进行放大。缓冲放大器3接受放大器3输出信号及调零信号，在电极肌肉生物电信号为0时，缓冲放大器3输出为0，当电极有肌肉生物电信号时，缓冲放大器3输出与肌肉生物电信号平均值呈线性关系的直流电信号。
肌电信号经过两步的放大处理，达到了控制的要求，可以输入单片机种输出用来驱动假手的工作的信号。图3所示的结构框图，A/D转换电路接受来自信号放大电路握紧、松弛的电信号，经模数转换后至单片机，单片机对信号进行数字滤波、阈值判别、等值判别、差值判别等，获取握紧或松弛驱动值，该驱动值经计算得到与其对应的PWM及F/R值，PWM及F/R值通过单片机中的控制单元及输出单元以脉冲及电位形式输出，来控制假手的张握速度，使用者所产生的肌电信号的强弱直接影响着对应得PWM输出，从而控制了假手的速度。电机驱动电路接受单片机的输出的脉冲及电位信号输出相应直流电压驱动直流微电机。直流微电机通过机械传动机构使机械手指握紧或松弛。直流微电机的电流通过电流检测电路送单片机，在机械手指握紧过载或握紧、松弛超限时，单片机将关闭PWM及F/R输出。过载、握紧、松弛状态由对应LED进行显示。电池电压检测部分对电池电压进行检测，当电池电压低于规定值时，单片机将关闭PWM及F/R输出。电源电路对各电路部分提供所需电源。

Claims (1)

1.一种握速可控式的智能肌电假手控制电路，其特征在于，包括电极电路、放大电路和控制驱动电路，电极信号首先经过依次由高输入阻抗缓冲放大器、差分放大器、第一放大器、50Hz陷波器和第二缓冲放大器组成的电极电路，得到初步的肌电信号，其中第一放大器为可调增益放大器用于肌肉生物电信号放大量调整；肌电信号再次进入依次由低通滤波器、第二放大器、绝对值电路、积分电路、第三放大器和第三缓冲放大器组成的放大电路，得到与肌肉生物电信号平均值呈线性关系的直流电信号；放大电路输出的直流电信号送入控制驱动电路，输出控制假手的张握速度的信号；所述控制驱动电路包括A/D转换电路、单片机、状态显示单元、驱动电路、直流微电机、电源电路及电源检测保护电路，放大电路输出的直流电信号经过A/D转换电路将数字信号输出到单片机，单片机对信号进行数字滤波、阈值判别、等值判别、差值判别等，获取握紧或松弛驱动值，该驱动值经计算得到与其对应的PWM，其中PWM通过控制单元以脉冲形式输出，来控制假手的张握速度，使用者所产生的肌电信号的强弱直接影响着对应的PWM输出，单片机处理信号后送驱动电路对驱动假手的直流微电机进行控制；电源电路为各个单元提供所需电源，电源检测保护电路包括电压和电流检测电路，对单片机电源进行检测，单片机输出信号到状态显示单元显示假手的张握状态。
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