CN201684048U - 具有比例调速功能的肌电假手控制系统 - Google Patents

具有比例调速功能的肌电假手控制系统 Download PDF

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胡加华
喻洪流
谈铭斐
赵胜楠
李丕丁
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Abstract

本实用新型涉及一种具有比例调速功能的肌电假手控制系统，肌电信号拾取电极置于人体表皮，电极的肌电信号，经过前置放大电路放大后，信号进入信号预处理电路，预处理电路输出信号进入自增益电路，完成增益自动调节后，信号经A/D转换电路，进入MSP430微处理器，微处理器处理后，输出信号到假手驱动电路，实现对假手速度进行实时调节，效果稳定，给使用者带来更大的便利。

Description

具有比例调速功能的肌电假手控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种电子控制装置，特别涉及一种具有比例调速功能的肌电假手控制系统。
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，国产的肌电信号假手，存在动作速度不可调节的缺点。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需要快速握拢抓住物体；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。以上缺点，给假手使用者带来了极大不便。因此，实现假手速度的比例调节，是当前国产假手需要解决的问题。
发明内容
本实用新型是针对现在假手存在动作速度不可调节的问题，提出了一种具有比例调速功能的肌电假手控制系统，实现实时调节，给使用者带来更大的便利。
本实用新型的技术方案为：一种具有比例调速功能的肌电假手控制系统，包括肌电信号拾取电极、前置放大电路、信号预处理电路、自增益电路、A/D转换电路、MSP430微处理器和假手驱动电路，肌电信号拾取电极置于人体表皮，电极的肌电信号，经过前置放大电路放大后，信号进入信号预处理电路，预处理电路输出信号进入自增益电路，完成增益自动调节后，信号经A/D转换电路，进入MSP430微处理器，微处理器处理后，输出信号到假手驱动电路，实现速度调节。
所述前置放大电路选用AD620仪用放大器；自增益放大电路选用德州仪器的可编程放大器PGA112。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型具有比例调速功能的肌电假手控制系统，实现对假手速度进行实时调节，效果稳定。
附图说明
图1为本实用新型具有比例调速功能的肌电假手控制系统结构框图。
具体实施方式
如图1所示具有比例调速功能的肌电假手控制系统结构框图，系统包括肌电信号拾取电极1、前置放大电路2、信号预处理电路3、自增益电路4、A/D转换电路5、MSP430控制芯片6和假手驱动电路7，肌电信号拾取电极1紧贴人体表皮，用于人体肌电信号的引入，由电极1引入的肌电信号，经过前置放大电路2放大，然后信号进入下一级信号预处理电路3，由预处理电路3进行低通滤波、高通滤波及50Hz限波处理，处理过的信号进入自增益电路4，完成增益自动调节，然后，信号经A/D转换，进入MSP430微处理器6，肌电信号微处理器6综合处理后，输出相应的信号，控制假手驱动电路7，实现速度调节。
前置放大电路主放大器，选用AD620仪用放大器；自增益放大电路4的放大器，选用德州仪器的可编程放大器PGA112；控制系统核心——微处理器，选用MSP430F149芯片。
本新型实用系统的比例调速方法：根据采集到的肌电信号强度不同，对控制假手驱动电路的PWM信号占空比进行调节，进而改变假手驱动电路在单位周期内的导通时间，即改变驱动电路电压有效值，最终实现假手速度调节。
PWM信号占空比的确定。PWM信号占空比的确定分两步实现。第一步是肌电信号强度的计算；第二步是根据计算出的肌电信号强度，计算PWM信号占空比。
肌电信号强度计算。所谓肌电信号强度计算指对将要用于确定PWM信号占空比的肌电强度的计算。对肌电信号强度的计算，采用求平均值的方法。对采集到的肌电信号，以10个采样点为一组，进行分组，用求得的平均值，代替这十个采样点的值，如此，就完成了肌电信号强度的求解。如用xi表示第i组采样点的首个采样点肌电信号强度，表示求均值后的第i组采样点肌电强度。具体的计算如公式(1)所示：
x ‾ i = 1 10 Σ j = i i + 10 x j , ( i = 1,2,3,4 Λ ) - - - ( 1 )
对位于采样队列尾部的最后一组采样点，或许采样点数不满10个。因此，对最后一组采样点不进行均值计算，直接用其前一组的10个采样点的均值，代替最后一组肌电信号均值。
计算PWM信号占空比。设肌电强度最大一组采样点对应的PWM信号占空比为1，则其它不同强度下的PWM信号占空比的计算如公式(2)所示：
η = x ‾ i - x ‾ 0 x ‾ max - x ‾ 0 × 100 % , ( i = 1,2,3,4 Λ ) - - - ( 2 )
η表示PWM信号的占空比，
Figure BSA00000150515700034
表示第i组肌电信号均值，
Figure BSA00000150515700035
肌电信号强度最大的一组采样点均值，
Figure BSA00000150515700036
表示肌电信号的发生阈值。

Claims (2)

1.一种具有比例调速功能的肌电假手控制系统，其特征在于，包括肌电信号拾取电极、前置放大电路、信号预处理电路、自增益电路、A/D转换电路、MSP430微处理器和假手驱动电路，肌电信号拾取电极置于人体表皮，电极的肌电信号，经过前置放大电路放大后，信号进入信号预处理电路，预处理电路输出信号进入自增益电路，完成增益自动调节后，信号经A/D转换电路，进入MSP430微处理器，微处理器处理后，输出信号到假手驱动电路，实现速度调节。
2.根据权利要求1所述具有比例调速功能的肌电假手控制系统，其特征在于，所述前置放大电路选用AD620仪用放大器；自增益放大电路选用德州仪器的可编程放大器PGA112。
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Cited By (4)

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