CN109602521A - 一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节 - Google Patents

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周星禹
周浩鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，包括用于信息采集的脑电波采集模块以及用于信息传输的蓝牙通讯电路，同时包括信息处理及显示的单片机控制系统，最后包括作用于实体进行使用的仿生手指关节。所述脑电波采集模块、蓝牙通讯电路、单片机控制系统与仿生手指关节之间依次电性相连。所述脑电波采集模块由耳夹、电波采集芯片与额头电极共同组成。通过采集分析脑电波信号控制形状记忆合金丝驱动仿生手指关节活动，该方法解决了传统仿生关节不易实现小型化，工作效率和灵活性低的问题，为仿生关节在医疗领域的人性化应用提供了一种可实行的设计方案。

Description

一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节
技术领域
本发明涉及人机交互技术领域，具体为一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节。
背景技术
传统驱动器基本采用电机驱动、液压驱动、气压驱动，驱动装置结构复杂、体积大、成本高，且不易实现驱动器的微小型化，利用形状记忆合金受热回复原状的形状记忆效应产生回复位移和回复力，将形状记忆合金作为驱动器，解决传统驱动方式所存在的缺点。随着越来越多的学者对脑电波技术的深入和广泛的研究，脑电波技术逐渐应用于实际产品中，常规脑电波应用控制信号一般分两大类：专注度信号和放松度信号，通过专注度和放松度数值大小控制仿生手指关节的幅度、姿势等运动指标，将有效提高仿生手指关节工作效率和灵活性。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，在该区域内的设备，通过采集分析脑电波信号并通过单片机控制系统控制形状记忆合金丝驱动仿生关节，解决了传统仿生关节不易实现小型化以及效率和灵活性低问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，包括用于信息采集的脑电波采集模块以及用于信息传输的蓝牙通讯电路，同时包括信息处理及显示的单片机控制系统，最后包括作用于实体进行使用的仿生手指关节，所述脑电波采集模块、蓝牙通讯电路、单片机控制系统与仿生手指关节之间依次电性相连。
优选的，所述脑电波采集模块由耳夹、电波采集芯片与额头电极共同组成。
优选的，所述蓝牙通讯模块包括第一蓝牙模块和第二蓝牙模块。
优选的，所述耳夹夹在耳垂上，所述额头电极紧贴在左前额，所述脑电波采集芯片将耳夹与额头电极收集到的脑电波信号通过第一蓝牙模块发送到第二蓝牙模块。
优选的，所述单片机控制系统由激光位移传感器、主控芯片与TFT显示屏组成。
优选的，所述第二蓝牙模块与主控芯片电性连接，所述第二蓝牙模块将脑电波信号发送至主控芯片，所述主控芯片将脑电波数据包解析为专注度和放松度两个数值，其大小用1-100表示，数值越大表示对应进入程度越深，再由主控芯片根据脑电波数值控制恒流源电路的输入电压值。
优选的，所述形状记忆合金具有记忆效应，受热回复原状的形状记忆效应会产生回复位移和回复力，通过恒流源电路控制形状记忆合金丝的温度控制形状记忆合金的回复位移和回复力。
优选的，所述恒流源电路输出端与形状记忆合金的两端相连接，且形状记忆合金与手指关节相连，从而实现仿生手指关节的活动。
优选的，所述激光位移传感器的输出端连接主控芯片的输入端，用于记录形状记忆合金丝的形变量与电压的线性关系。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，具备以下有益效果：
(一)、该一种基于脑电波的形状记忆合金仿生关节，通过采用形状记忆合金丝驱动仿生手指关节，解决了传统仿生关节不易实现小型化以及效率和灵活性低的问题。
(二)、该一种基于脑电波的形状记忆合金仿生关节，利用脑机接口技术提取脑电信号并将其翻译为对应的运动控制命令，通过控制命令驱动仿生手指关节完成相应命令动作，该方法提高了仿生手指关节的工作效率和灵活性，为仿生关节在医疗领域的人性化应用提供了一种可实行的设计方案。
附图说明
图1为本发明一种基于脑电波的形状记忆合金仿生关节系统结构图；
图2为本发明一种基于脑电波的形状记忆合金仿生关节中恒流源电源电路图；
图3为本发明一种基于脑电波的形状记忆合金仿生关节中第二蓝牙模块的电路图。
图中：110、脑电波采集模块；111、耳夹；112、脑电波采集芯片；113、额头电极；120、蓝牙通讯电路；121、第一蓝牙模块；122、第一蓝牙模块；130、单片机控制系统；131、激光位移传感器；132、主控芯片；133、TFT显示屏；140、仿生手指关节；141、恒流源电源电路；142、形状记忆合金丝； 143、手指关节。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，包括用于信息采集的脑电波采集模块110以及用于信息传输的蓝牙通讯电路120，同时包括信息处理及显示的单片机控制系统130，最后包括作用于实体进行使用的仿生手指关节140，脑电波采集模块110、蓝牙通讯电路120、单片机控制系统130与仿生手指关节140之间依次电性相连。
脑电波采集模块110由脑耳夹111、电波采集芯片112与额头电极113共同组成。
蓝牙通讯模块包括第一蓝牙模块121和第二蓝牙模块122。
耳夹111夹在耳垂上，额头电极113紧贴在左前额，所述脑电波采集芯片 112将耳夹111与额头电极113收集到的脑电波信号通过第一蓝牙模块121发送到第二蓝牙模块122。
单片机控制系统130由激光位移传感器131、主控芯片132与TFT显示屏 133组成。
第二蓝牙模块122与主控芯片132电性连接，并且第二蓝牙模块122将脑电波信号发送至主控芯片132，且主控芯片132将脑电波数据包解析并根据解析的数据包生成PWM波，由主控芯片132控制恒流源电路141输入电压。
形状记忆合金丝142具有记忆效应，受热回复原状的形状记忆效应会产生回复位移和回复力，通过恒流源电路141控制形状记忆合金丝142的温度控制形状记忆合金丝142的回复位移和回复力。
恒流源电路141输出端与形状记忆合金142的两端相连接，且形状记忆合金142与手指关节143相连，从而实现手指关节143的活动。
激光位移传感器131的输出端连接主控芯片132的输入端，用于记录形状记忆合金丝的形变量与电压的线性关系。
综上所述，该基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，脑电波采集模块 110将采集到的脑电波信号通过型号为BT06的第一蓝牙模块121发送至型号为 HC-05的第二蓝牙模块122，第二蓝牙模122块再将脑电波信号发送到型号为 STM32F103C8T6的主控芯片132进行数据解析处理，主控芯片132根据数据包解析得到的数据值输出PWM波控制恒流源电路141输入电压，通过输入电压的变化改变恒流源电路141输出负载电流，负载输出电流改变形状记忆合金丝 142温度，形状记忆合金丝142受热回复原状的形状记忆效应会产生回复位移和回复力驱动仿生手指关节143，同时采用型号为HG-C1030的激光位移传感器 131测量形状记忆合金丝142形变量并将数据发送至主控芯片132，主控芯片 132将得到的数据在TFT显示屏133上显示出来，根据激光位移传感器131测得的数据精确控制手指关节143的动作幅度，比较实用，该基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，通过采集分析运动想象脑电波信号并通过单片机控制系统130控制形状记忆合金丝142驱动仿生手指关节，解决了传统仿生关节不易实现小型化，效率和灵活性低以及关节动作方式单一无法实际应用的问题，为仿生关节在医疗领域的人性化应用提供了一种可实行的设计方案。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，包括用于信息采集的脑电波采集模块以及用于信息传输的蓝牙通讯电路，同时包括信息处理及显示的单片机控制系统，最后包括作用于实体进行使用的仿生手指关节，其特征在于：所述脑电波采集模块、蓝牙通讯电路、单片机控制系统与仿生手指关节之间依次电性相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述脑电波采集模块由耳夹、电波采集芯片与额头电极共同组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述蓝牙通讯电路包括第一蓝牙模块和第二蓝牙模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述耳夹夹在耳垂上，所述额头电极紧贴在左前额，所述脑电波采集芯片将耳夹与额头电极收集到的脑电波信号通过第一蓝牙模块发送到第二蓝牙模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述单片机控制系统由激光位移传感器、主控芯片与TFT显示屏组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述第二蓝牙模块与主控芯片电性连接，所述第二蓝牙模块将脑电波信号发送至主控芯片，所述主控芯片将脑电波数据包解析为专注度和放松度两个数值，其大小用1-100表示，数值越大表示对应进入程度越深，再由主控芯片控制恒流源电路的输入电压。
7.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述形状记忆合金具有记忆效应，受热回复原状的形状记忆效应会产生回复位移和回复力，通过恒流源电路控制形状记忆合金丝的回复位移和回复力。
8.根据权利要求1与7任意一项所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述恒流源电路输出端与形状记忆合金的两端相连接，且形状记忆合金与手指关节相连，从而实现手指关节的活动。
9.根据权利要求1所述的一种基于脑电波控制的形状记忆合金仿生关节，其特征在于：所述激光位移传感器的输出端连接主控芯片的输入端，用于记录形状记忆合金丝的形变量与电压的线性关系。
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