CN205080397U

CN205080397U - 肌电控制装置

Info

Publication number: CN205080397U
Application number: CN201520749051.4U
Authority: CN
Inventors: 刘泽西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2025-09-25

Abstract

本实用新型涉及一种肌电控制装置，包括信号输入模块、信号调理模块、控制模块、开关模块、电源模块、和断电保护模块。信号输入模块连接肌电控制装置外部的输入信号源，并将获取的肌电信号输出到信号调理模块；信号调理模块将经调理的肌电信号输出到控制模块，控制模块依据经调理的肌电信号输出高低电平信号；开关模块连接到肌电控制装置外部的执行模块，并依据高低电平信号控制执行模块的工作；执行模块将其工作状态反馈给控制模块；电源模块分别向信号调理模块和控制模块供电，断电保护模块连接在开关模块和电源模块之间。本实用新型尤其适用于肌电控制电钻，将从人体获取的二头肌电信号，转换成高低电平信号控制电钻的工作。

Description

肌电控制装置

技术领域

本实用新型涉及肌电控制领域，尤其涉及一种用于辅助残疾人士使用自动化劳动工具的肌电控制装置。

背景技术

传统的自动化工具需要用户用身体某部分控制工具开关，如用手指扳动扳机(电钻)，或用脚踏(挖掘机)等。这对某些残疾人士造成不便。比如，经历过前臂截肢术(ForearmAmputation)、腕关节断离术(WristDisarticulation)或者患有肌肉骨骼失调综合症(MusculoskeletalDisorders)的患者就无法进行这种操作。即使有义肢也无济于事，因为义肢不能很好地帮助此类用户进行小肌肉运动技能(FineMotorControl)。这就很大程度上局限了这类用户的劳动就业。

肌电信号(EMG)是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电信号(SEMG)是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定程度上反映神经肌肉的活动；相对于针电极EMG，SEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点。因而，SEMG在临床医学、人机功效学、康复医学以及体育科学等方面均有重要的实用价值。

发明内容

本实用新型的技术目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种能够利用肌电信号控制劳动工具的肌电控制装置，以满足残障用户的应用需求。

本实用新型的技术目的是采用以下技术方案实现的。

本实用新型所提供的肌电控制装置，包括信号输入模块、信号调理模块、控制模块、开关模块、电源模块、和断电保护模块。其中，信号输入模块连接到肌电控制装置外部的输入信号源，并将获取的肌电信号输出到信号调理模块；信号调理模块将经调理的肌电信号输出到控制模块，控制模块依据经调理的肌电信号输出高低电平信号；开关模块连接到肌电控制装置外部的执行模块，并依据高低电平信号控制执行模块的工作；执行模块将其工作状态反馈给控制模块；电源模块分别向信号调理模块和控制模块供电，断电保护模块连接在开关模块和电源模块之间。采用以上技术方案，用信号输入模块从输入信号源获取肌电信号，经调理、转换后得到能够控制执行模块工作的高低电平信号，从而达到了用肌电信号控制执行模块运行通断的目的，使得残障用户得以自如地控制劳动工具。

断电保护模块包括一个干簧管和一块永久磁铁，干簧管是磁敏的特殊开关，其工作原理为磁铁靠近，电源模块接通；磁铁离开，电路断开。断电保护模块可整合到整个系统中，干簧管被整合为机电控制装置的一部分，而永久磁铁与绳索相连，系在用户的胳膊或其他身体部位上，当整个装置脱落时，磁铁与干簧管分离，造成电路开路，工作停止。

更进一步地，本实用新型的肌电控制装置中的信号调理模块可包括放大电路和模拟滤波电路，信号输入模块获取的肌电信号依次经由放大电路和模拟滤波电路，得到经调理的肌电信号。

作为一优选技术方案，上述控制模块可取为一微处理器，该微处理器包括模拟信号输入端、比较判断单元、和数字信号输出端。模拟信号输入端用于接收经调理的肌电信号；比较判断单元用于将经调理的肌电信号与预设阈值进行比较判断，并输出高低电平信号；数字信号输出端用于将高低电平信号输出到开关模块。

上述开关模块可进一步包括电阻和达灵顿三极管。控制模块输出的高低电平信号经由电阻连接到达灵顿三极管的基极，达灵顿三极管的源极接地，达灵顿三极管的漏极连接到执行模块。

作为又一优选技术方案，本实用新型的肌电控制装置可还包括一浪涌保护模块以防止电压浪涌，浪涌保护模块并联在执行模块的两端。

本实用新型所提供的肌电控制装置尤其适用于电钻的应用。此时，执行模块取为电钻，输入信号源可取为人体的二头肌电信号，信号输入模块可取为电极。电极优选为便宜可靠的银-氯化银心电图电极。

附图说明

图1给出了本实用新型的肌电控制装置的总体构成示意图；

图2给出了为本实用新型中信号调理模块的具体实施例示意图；

图3给出了本实用新型中控制模块的具体实施例示意图；

图4给出了本实用新型的肌电控制装置的应用示意图；

图5给出了本实用新型的肌电控制装置的一种优选实施示意图；

图6给出了本实用新型中开关模块和浪涌保护模块的实施例示意图；

图7-1给出了本实用新型中信号输入模块采集到的肌电信号的示意图；以及

图7-2给出了本实用新型中控制模块输出的高低电平信号的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。

本实用新型所提供的肌电控制装置100，包括信号输入模块10、信号调理模块20、控制模块30、开关模块40、电源模块50、和断电保护模块60，参见图1。其中，信号输入模块10连接到肌电控制装置100外部的输入信号源101，并将获取的肌电信号输出到信号调理模块20；信号调理模块20将经调理的肌电信号输出到控制模块30，控制模块30依据经调理的肌电信号输出高低电平信号；开关模块40连接到肌电控制装置100外部的执行模块102，并依据高低电平信号控制执行模块102的工作；执行模块102将其工作状态反馈给控制模块30；电源模块50分别向信号调理模块20和控制模块30供电，断电保护模块60连接在开关模块40和电源模块50之间。采用以上技术方案，用信号输入模块10从输入信号源101获取肌电信号，经调理、转换后得到能够控制执行模块102工作的高低电平信号，从而达到了用肌电信号控制执行模块102运行通断的目的，使得残障用户得以自如地控制劳动工具。

进一步地，本实用新型的肌电控制装置100中的信号调理模块20可包括放大电路201和模拟滤波电路202，参见图2，信号输入模块10获取的肌电信号依次经由放大电路201和模拟滤波电路202，得到经调理的肌电信号。通常情况下，肌电信号强度较弱(一般在1mV～10mV)，频宽较窄(一般50Hz～150Hz)，易受周围环境干扰，因此，使用放大电路201放大并用模拟滤波电路202滤掉噪音能够得到控制模块30可以识别的经调理的肌电信号。

作为一优选实施例，上述控制模块30可取为一微处理器，该微处理器包括模拟信号输入端301、比较判断单元302、和数字信号输出端303，参见图3。模拟信号输入端301用于接收经调理的肌电信号；比较判断单元302用于将经调理的肌电信号与预设阈值进行比较判断，并输出高低电平信号；数字信号输出端303用于将高低电平信号输出到开关模块40。上述比较判断单元302在工作时，如果经调理的肌电信号超过预设阈值，则微处理器输出高电平；如果经调理的肌电信号不超过预设阈值，则输出低电平，从而得到向开关模块40输出的高低电平信号，用来开启或关闭执行模块。执行模块的开闭状态也会反馈给微控制器，以帮助下一次比较判断单元302的开关判断。

如图6所示，上述开关模块40可优选包括电阻401和达灵顿三极管402。控制模块30输出的高低电平信号经由电阻401连接到达灵顿三极管402的基极，达灵顿三极管402的源极接地，达灵顿三极管402的漏极连接到执行模块102。

更进一步地，本实用新型的肌电控制装置100可还包括一浪涌保护模块70以防止电压浪涌，浪涌保护模块70并联在执行模块102的两端，参见图5和图6所示。

图4给出了利用本实用新型的肌电控制装置控制电钻工作的实施示意图，利用人体的肌电信号来控制电钻的工作。图4所示实施例中，执行模块102取为电钻，电钻102通过绑带106绑在人体上臂上，输入信号源101可取为人体的二头肌电信号，信号输入模块10可取为电极，电极的正极和负极分别连接在上臂上，用以获取肌电信号。电极优选为便宜可靠的银-氯化银心电图电极。当整个系统工作中意外脱离用户手臂，断电保护模块将立刻切断电源使电钻停止。断电保护模块包括一个干簧管105和一块永久磁铁104，干簧管是磁敏的特殊开关，其工作原理为磁铁靠近，电源103接通；磁铁离开，电路断开。断电保护模块可整合到整个系统中，干簧管105被整合为机电控制装置的一部分，而永久磁铁与绳索107相连，系在用户的胳膊或其他身体部位上，当整个装置脱落时，磁铁与干簧管分离，造成电路开路，工作停止。

按照图4所示的实施例实施时，信号输入模块10获取到的肌电信号如图7-1所示。可以看出，人的骨骼肌在收缩或舒张时会产生动作电位(ActionPotential)，这两个状态下的肌肉电信号明显不同。当骨骼肌处于放松状态时，波幅很小；当骨骼肌收缩时，波幅有明显增大。因此，使用从二头肌获取的肌电信号控制电钻，将二头肌电信号调理成具有充足的峰峰振幅和小幅度噪音的经调理的肌电信号，即可使其成为良好的控制信号源。经由信号调理模块20和控制模块30，通过适当的信号处理以及类比数位转换即可将图7-1中的模拟信号转换为图7-2中的数字信号。数字信号的高低电位，即可用来决定是否启动或关闭自动工具。

具体实施时，开关模块中电阻401的阻值可取为2.2千欧，达灵顿三极管402的型号可取为TIP120。微控制器输出的电平经过2.2KΩ的电阻后，进入达灵顿三极管402的基极。输入高电平后，三极管开关闭合通电，电钻电机开始工作。另外，浪涌保护模块70可取为一续流二极管701，该续流二极管701的型号为1N4001，续流二极管701与电钻电机并联可防止电压浪涌。

Claims

1.一种肌电控制装置，其特征在于：

该肌电控制装置包括信号输入模块、信号调理模块、控制模块、开关模块、电源模块、和断电保护模块，

所述信号输入模块连接到所述肌电控制装置外部的输入信号源，并将获取的肌电信号输出到所述信号调理模块，

所述信号调理模块将经调理的肌电信号输出到所述控制模块，所述控制模块依据所述经调理的肌电信号输出高低电平信号，

所述开关模块连接到所述肌电控制装置外部的执行模块，并依据所述高低电平信号控制所述执行模块的工作，

所述执行模块将其工作状态反馈给所述控制模块，

所述电源模块分别向所述信号调理模块和所述控制模块供电，所述断电保护模块连接在所述开关模块和所述电源模块之间。

2.按照权利要求1所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述肌电控制装置中的所述信号调理模块包括放大电路和模拟滤波电路，所述信号输入模块获取的所述肌电信号依次经由所述放大电路和所述模拟滤波电路，得到所述经调理的肌电信号。

3.按照权利要求1所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述控制模块为一微处理器，所述微处理器包括模拟信号输入端、比较判断单元、和数字信号输出端，

所述模拟信号输入端用于接收所述经调理的肌电信号，

所述比较判断单元用于将所述经调理的肌电信号与预设阈值进行比较判断，并输出高低电平信号，

所述数字信号输出端用于将所述高低电平信号输出到所述开关模块。

4.按照权利要求1所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述开关模块包括电阻和达灵顿三极管，

所述控制模块输出的所述高低电平信号经由所述电阻连接到所述达灵顿三极管的基极，所述达灵顿三极管的源极接地，所述达灵顿三极管的漏极连接到所述执行模块。

5.按照权利要求4所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述电阻的阻值为2.2千欧，所述达灵顿三极管的型号为TIP120。

6.按照权利要求4所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述肌电控制装置还包括一浪涌保护模块，所述浪涌保护模块并联在所述执行模块的两端。

7.按照权利要求6所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述浪涌保护模块为一续流二极管。

8.按照权利要求7所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述续流二极管的型号为1N4001。

9.按照权利要求1～8之任一所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述执行模块为电钻，所述输入信号源为人体的二头肌电信号，所述信号输入模块为电极。

10.按照权利要求9所述的肌电控制装置，其特征在于：

所述电极为银-氯化银心电图电极。