CN210784864U - 一种肌电假手的自适应控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种肌电假手的自适应控制电路，包括肌电检测模块、峰值提取模块、自适应调节模块、驱动控制模块和电源模块，电源模块为整个电路供电，肌电检测模块用于测量人体手臂皮肤表面的肌电信号，并将测量到的两路肌电信号送至峰值提取模块和自适应调节模块，峰值提取模块将提取的两路肌电信号的峰值送至自适应调节模块，自适应调节模块根据峰值提取模块提取到的两路肌电信号的峰值对肌电检测模输出的两路肌电信号进行比例调节，然后送至驱动控制模块进行控制假手的运动。本实用新型在不使用微控制器的情况下实现肌电信号的自适应调节，抑制了肌电信号个体差异和测量位置对假手控制效果的影响，有效扩大肌电假手对不同残疾人的适用范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及控制电路，特别是涉及一种肌电假手的自适应控制电路，可广泛应用于手部残疾人的仿生假手控制。
背景技术
假手是用于在外形和功能上重建残疾人缺失肢体的重要装置。起源于20世纪中期的肌电假手，由于操作方式符合人体的自然操作习惯而受到广泛的关注。肌电假手通过肌电传感器采集残疾人残臂上的肌电信号，采集得到的肌电信号经过动作识别后用于控制假手的运动。然而，肌电信号具有很强的个体差异和测量位置差异，导致残疾人在安装佩戴假手时，需要先在残疾人的残臂上选定测量点进行肌电信号测量，然后根据肌电信号的强度对假手的控制参数进行因人而异的调整，并且往往需要经过一段较长时间的训练、适应，佩戴者才能够较为灵活地控制假手。而假手的使用过程中，由于日常的重复穿戴会造成传感器与皮肤间贴合位置的变化(即测量位置发生变化)、肌肉疲劳会造成肌电信号的变化、环境温/湿度的变化会造成测量点皮肤表面的阻抗发生变化等因素，导致使用一段时间后假手会出现控制失效或不灵活的现象，此时需要对假手的参数进行重新调整。目前，缺乏个体自适应能力的肌电假手严重影响着残疾人对假手的使用。
实用新型内容
实用新型目的：提供一种肌电假手的自适应控制电路，使得假手能够根据用者的肌电信号自主调节控制信号。
技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种肌电假手的自适应控制电路，包括肌电检测模块、峰值提取模块、自适应调节模块、驱动控制模块和电源模块，电源模块为整个电路供电，肌电检测模块用于测量人体手臂皮肤表面的肌电信号，并将测量到的两路肌电信号送至峰值提取模块和自适应调节模块，峰值提取模块将提取到的两路肌电信号的峰值送至自适应调节模块，自适应调节模块根据峰值提取模块提取到的两路肌电信号的峰值对肌电检测模输出的两路肌电信号进行比例调节，并将经过比例调节后的两路肌电信号送至驱动控制模块，驱动控制模块输出的控制信号控制假手的运动。
可选的，肌电检测模块包括肌电传感器、整形滤波电路和电压跟随电路，肌电传感器采集肌电信号，并输出至整形滤波电路对肌电信号进行整形和滤波处理，然后经电压跟随电路输出至峰值提取模块和自适应调节模块。
可选的，肌电传感器包括第一肌电传感器和第二肌电传感器，整形滤波电路包括第一电压基准芯片、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容，电压跟随电路包括第二放大器和第三放大器；第一肌电传感器的输出端与第一二极管的阳极和第二二极管的阴极相连，第二肌电传感器的输出端与第三二极管的阳极和第四二极管的阴极相连；第三电阻与第一电容并联后的一端与地线相连，另一端与第二电阻的一端和第二放大器的同相输入端相连；第五电阻与第二电容并联后的一端与地线相连，另一端与第四电阻的一端和第三放大器的同相输入端相连；第二电阻的另一端与第一二极管的阴极相连，第四电阻的另一端与第三二极管的阴极相连；第一电压基准芯片的引脚1和引脚3相连，并且与第一电阻的一端和第一放大器的同相输入端相连，第一电阻的另一端与+5.0V相连；第一放大器的反相输入端和第一放大器的输出端相连，并且与第二二极管的阳极和第四二极管的阳极相连；第二放大器和第三放大器的反向输入端均与各自的输出端相连，第二放大器和第三放大器的输出端连接至峰值提取模块和自适应调整模块。
可选的，峰值提取模块包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一采样保持器、第二采样保持器、第三采样保持器、第四采样保持器、第一模拟开关、第二模拟开关和第三至第六电容；第一比较器的同相输入端与第一采样保持器的输入端和肌电检测模块中第二放大器的输出端相连，第三比较器的同相输入端与肌电检测模块中第三放大器的输出端和第三采样保持器的输入端相连，第一和第三比较器的反相输入端分别与第一和第二模拟开关的数据端口B相连，第一和第三比较器的输出端分别与第二和第四采样保持器的逻辑输入端相连；第一和第三采样保持器的逻辑输入端接+5.0V电压；第一采样保持器的输出端与第二采样保持器的输入端相连，并且与第二比较器的同相输入端和第一模拟开关的数据端口A1相连；第三采样保持器的输出端与第四采样保持器的输入端相连，并且与第四比较器的同相输入端和第二模拟开关的数据端口A1相连；第二采样保持器的输出端与第二比较器的反相输入端和第一模拟开关的数据端口A2相连，第四采样保持器的输出端与第四比较器的反相输入端和第二模拟开关的数据端口A2相连；第二和第四比较器的输出端分别与第一和第二模拟开关的逻辑控制信号端相连；第二和第四采样保持器的输出端以及第一和第二模拟开关的数据端口A1连接至自适应调整模块；第一采样保持器、第二采样保持器、第三采样保持器和第四采样保持器的CH端分别经第三电容、第四电容、第五电容和第六电容与各自的Loglc Raf端连接，并接地。
可选的，自适应调节模块包括第一除法器、第二除法器、第四放大器、第五放大器、第六放大器、第七放大器和第六至第十七电阻，第四放大器的反相输入端分别与第六电阻和第七电阻的一端相连，第六放大器的反相输入端分别与第十二和第十三电阻的一端相连，第六和第十二电阻的另一端分别与峰值提取模块中第一和第二模拟开关的数据端口A1相连，第七和第十三电阻的另一端分别与第一和第二除法器的产品端W相连；第一和第二除法器的非反相输入X被乘数端分别与峰值提取模块中第二和第四采样保持器的输出端相连，第一和第二除法器的反相输入X被乘数端和反相输入Y被乘数端均与地线相连，第一除法器的非反相输入Y被乘数端与第四放大器的输出端和第九电阻的一端相连；第二除法器的非反相输入Y被乘数端与第六放大器的输出端和第十五电阻的一端相连；第九电阻的另一端与第五放大器的反相输入端和第十电阻的一端相连，第十五电阻的另一端与第七放大器的反相输入端和第十六电阻的一端相连，第十和第十六电阻的另一端分别与第五和第七放大器的输出端相连，第五和第七放大器的同相输入端分别经第十一和第十七电阻与地线相连；第五和第七放大器的输出端连接至驱动控制模块；第四放大器和第六放大器的同相输入端分别经第八电阻和第十四电阻接地。
可选的，驱动控制模块包括三角波发生电路、电平抬升电路、PWM电路和驱动电路，三角波发生电路将产生的三角波经电平抬升电路输入至PWM电路，PWM电路根据三角波信号对自适应调节模块的输出进行控制，PWM电路输出经驱动电路控制假手运动。
可选的，三角波发生电路包括第八放大器、第九放大器、第十八至第二十三电阻、第七电容，电平抬升电路包括第十放大器、第十一放大器、第二十四至第三十一电阻，PWM电路包括第十二放大器、第十三放大器，驱动电路包括第一电机驱动芯片、第三十二电阻；
第八放大器的同相输入端分别与第十八和第二十电阻的一端相连，第十八电阻的另一端与第七电容的一端和第九放大器的输出端相连，第二十电阻的另一端分别与第二十一和第二十二电阻相连，第二十一电阻的另一端与第八放大器的输出端相连；第二十二电阻的另一端与第七电容的另一端和第九放大器的反相输入端相连，第八放大器的反相输入端和第九放大器的同相输入端分别经第十九电阻和第二十三电阻与地线相连；第九放大器的输出端与第二十五和第二十九电阻的一端相连，第二十五和第二十九电阻的另一端分别与第十放大器和第十一放大器的反相输入端相连，第二十四和第二十八电阻的一端与-5.0V电压相连，第二十四电阻的另一端与第十放大器的反相输入端和第二十六电阻的一端相连；第二十八电阻的另一端与第十一放大器的反相输入端和第三十电阻的一端相连；第二十六和第三十电阻的另一端分别与第十放大器和第十一放大器的输出端相连，第十和第十一放大器的同相输入端分别经第二十七电阻和第三十一电阻与地线相连，第十放大器和第十一放大器的输出端分别与第十二和第十三放大器的反相输入端连接；第十二放大器和第十三放大器的同相输入端分别与自适应调节模块中第五放大器和第七放大器的输出端相连，第十二和第十三放大器的输出端分别与第一电机驱动芯片的第一和第二输入端相连，第一电机驱动芯片的A感应电压端经第三十二电阻与第一电机驱动芯片的地端相连，第一电机驱动芯片的A使能端接+5.0V电压。
可选的，电源模块包括锂电池、第一5V降压电路和第一反相电路，第一5V降压电路中第八电容和第九电容的一端均与锂电池的端口1和降压芯片的输入连接，降压芯片的输出与第十电容和第十一电容的一端连接，并与电压反相芯片的输入端连接，第八电容、第九电容、第十电容和第十一电容的另一端接地，降压芯片的端口2和锂电池的端口2接地；电压反相芯片的输出接-5V电压和第十三电容的一端，第十三电容的另一端接地线，电压反相芯片的LV端接地线，电压反相芯片的CAP+和CAP-分别连接第十二电容的两端。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、肌电信号具体很强的个体差异，不同人的肌电信号强度差异很大，环境中温度、湿度的变化也会导致测量得到的肌电信号发生变化，而传统采用微处理程序控制的肌电假手中，控制参数是提前预设的，不能很好地适应不同残疾人的肌电信号，导致残疾人在实际装配假手时需要经过一段较长时间的测试以获取肌电信号参数并将获得的参数入假手控制器才能实现假手的控制，而且使用一段时间后，由于环境温湿度的变化或残疾人自身肌肉状况的变化，假手的参数可能需要从重新调整。本实用新型中通过峰值提取电路实时检测假手佩戴者的肌电信号强度范围，与固定参数的微处理器控制型假手相比，本实用新型中获取到的肌电信号范围值实时调整的，无需经过特殊测量和因人而异的程序参数设置，能够极大地缩短残疾人装配假手的时间，而且残疾人在使用假手一段时间后也无需对假手的参数进行重新调整。
2、现有一类肌电假手，通过设定阈值，将从残疾人身上测量得到的肌电信号与预设的阈值做比较后得到开关量用于假手的控制，这类假手只有开合控制，本实用新型中比例调节电路和峰值提取电路配合，将假手佩戴者的肌电信号强度按比例转换为假手上电机的控制信号，与传统的肌电开关量控制假手相比，本实用新型的方案实现了假手的肌电比例控制。
3、现有基于ARM或DSP的假手在虽然通过因人而异的参数设置和长时间的训练实现了假手的肌电自适应控制，但是能够运行这类复杂算法的微处理器通常价格较高，本实用新型中的肌电比例控制过程全部由硬件电路完成，信号处理的效率和稳定性比使用微处理器的假手更高，而且本实用新型中未使用微处理器，降低了假手成本。
附图说明
图1是本实用新型肌电假手的自适应控制控制电路框图；
图2是机电检测模块电路框图；
图3是机电检测模块电路结构示意图；
图4是峰值提取模块电路结构示意图；
图5是自适应调节模块电路结构示意图；
图6是驱动控制模块电路框图；
图7是驱动控制模块中三角波发生电路、电平抬升电路和PWM电路结构示意图；
图8是驱动控制模块中驱动电路结构示意图；
图9是电源模块电路框图；
图10是电源模块电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本实用新型一种肌电假手的自适应控制电路，包括：肌电检测模块1、峰值提取模块2、自适应调节模块3、驱动控制模块4、电源模块5。肌电检测模块1采用两个电压输出型表面肌电传感器测量人体手臂皮肤表面的肌电信号。肌电检测模块1将测量到的两路肌电信号送至峰值提取模块2和自适应调节模块3，峰值提取模块2分别提取肌电检测模块1输出的两路肌电信号的峰值。峰值提取模块2将提取到的两路肌电信号的峰值送至自适应调节模块3。自适应调节模块3根据峰值提取模块2提取到的两路肌电信号的峰值对肌电检测模块1输出的两路肌电信号进行比例调节。自适应调节模块3将经过比例调节后的两路肌电信号送至驱动控制模块4，驱动控制模块输出的控制信号控制假手的运动。
如图2和图3所示，肌电检测模块1包括肌电传感器101、整形滤波电路102和电压跟随电路103。
第一肌电传感器S1的输出端与第一二极管D1-1的阳极和第二二极管D1-2的阴极相连，第二肌电传感器S2的输出端与第三二极管D1-5的阳极和第四二极管D1-6的阴极相连，第三电阻R1-3与第一电容C1-1并联后的一端与地线GND相连，另一端与第二电阻R1-2的一端和第二放大器U1-1B的同相输入端(LM324的引脚5)相连，第五电阻R1-7与第二电容C1-2并联后的一端与地线GND相连，另一端与第四电阻R1-6的一端和第三放大器U1-1C的同相输入端(LM324的引脚10)相连，第二电阻R1-2的另一端与第一二极管D1-1的阴极相连，第四电阻R1-6的另一端与第三二极管D1-5的阴极相连，第一二极管D1-1的阳极与第二二极管D1-2的阴极相连，第三二极管D1-5的阳极与第四二极管D1-6的阴极相连，第二二极管D1-2的阳极与第四二极管D1-6的阳极相连。
第一电压基准芯片T1的引脚1和引脚3相连，并且与第一电阻R1-1的一端和第一放大器U1-1A的同相输入端(LM324的引脚3)相连，第一电阻R1-1的另一端与+5.0V相连，第一放大器U1-1A的反相输入端(LM324的引脚2)和第一放大器U1-1A的输出端(LM324的引脚1)相连，并且与第二二极管D1-2的阳极和第四二极管D1-6的阳极相连。
电压跟随电路103中第二放大器U1-1B和第三放大器U1-1C的输出端(LM324芯片的引脚7和8)连接至峰值提取模块2和自适应调整模块3，第二放大器U1-1B和第三放大器U1-1C的反向输入端均与各自的输出端相连。
肌电传感器101中第一肌电传感器S1和第二肌电传感器S2选用电压输出型表面肌电传感器，整形滤波电路102中第一电压基准芯片T1选用LM385-1.2，第一至第四二极管选用IN4148，第一放大器选用LM324芯片，第一至第三电阻选用阻值为1kΩ的电阻，第四至第五电阻选用阻值为100kΩ的电阻，第一至第二电容选用容值为2.2uF的电容，电压跟随电路103中第二放大器和第三放大器选用LM324芯片。
肌电传感器、LM385-1.2和LM324其他引脚接法参照其技术手册。
如图4所示，第一比较器U2-1A的同相输入端(LM393的引脚3)与第一采样保持器U2-2的输入端(LF393的引脚3)和肌电检测模块1中第二放大器U1-1B的输出端(LM324芯片的引脚7)相连，第三比较器U2-5A的同相输入端(LM393的引脚3)与肌电检测模块1中第三放大器U1-1C的输出端(LM324芯片的引脚8)和第三采样保持器U2-6的输入端(LF393的引脚3)相连；第一比较器U2-1A和第三比较器U2-5A的反相输入端(LM393AN的引脚2)分别与第一模拟开关U2-4和第二模拟开关U2-8的数据端口B(BL1551的引脚4)相连，第一比较器U2-1A和第三比较器U2-5A的输出端(LM393的引脚1)分别与第二采样保持器U2-3和第四采样保持器U2-7的逻辑输入端(LF393的引脚8)相连；第一采样保持器U2-2和第三采样保持器U2-6的逻辑输入端(LF393的引脚8)接+5.0V电压，第一采样保持器U2-2的输出端(LF393的引脚5)与第二采样保持器U2-3的输入端(LF393的引脚3)相连，并且与第二比较器U2-1B的同相输入端(LM393的引脚5)和第一模拟开关U2-4的数据端口A1(BL1551的引脚1)相连；第三采样保持器U2-6的输出端(LF393的引脚5)与第四采样保持器U2-7的输入端(LF393的引脚3)相连，并且与第四比较器U2-5B的同相输入端(LM393的引脚5)和第二模拟开关U2-8的数据端口A1(BL1551的引脚1)相连；第二采样保持器U2-3的输出端(LF393的引脚5)与第二比较器U2-1B的反相输入端(LM393的引脚6)和第一模拟开关U2-4的数据端口A2(BL1551的引脚3)相连；第四采样保持器U2-7的输出端(LF393的引脚5)与第四比较器U2-5B的反相输入端(LM393的引脚6)和第二模拟开关U2-8的数据端口A2(BL1551的引脚3)相连；第二比较器U2-1B和第四比较器U2-5B的输出端(LM393的引脚7)分别与第一模拟开关U2-4和第二模拟开关U2-8的逻辑控制信号端(BL1551的引脚6)相连。第二采样保持器U2-3和第四采样保持器U2-7的输出端(LF393的引脚5)以及第一模拟开关U2-4和第二模拟开关U2-8的数据端口A1(BL1551的引脚1)连接至自适应调整模块3；第一采样保持器、第二采样保持器、第三采样保持器和第四采样保持器的CH端(LF393的引脚6)分别经第三电容C2-1、第四电容C2-2、第五电容C2-3和第六电容C2-4与各自的Loglc Raf端连接，并接地。
LM393、LF393、BL1551其他引脚的接法参照其技术手册。
峰值提取模块2中第一至第四比较器选用LM393芯片，第一至第四采样保持器选用LF393芯片，第一至第二模拟开关选用BL1551芯片，第三电容C2-1和第五电容C2-3选用容值为1nF的电容，第四电容C2-2和第六电容C2-4选用容值为10uF的电容。
如图5所示，自适应调节模块3中第四放大器U3-2A的反相输入端(LM358的引脚2)分别与第六电阻R3-1和第七电阻R3-2的一端相连，第六放大器U3-4A的反相输入端(LM358的引脚2)分别与第十二电阻R3-7和第十三电阻R3-8的一端相连，第六电阻R3-1和第十二电阻R3-7的另一端分别与峰值提取模块2中第一模拟开关U2-4和第二模拟开关U2-8的数据端口A1(BL1551的引脚1)相连，第七电阻R3-2和第十三电阻R3-8的另一端分别与第一除法器U3-1和第二除法器U3-3的产品端W(AD835的引脚5)相连；第一除法器U3-1和第二除法器U3-3的非反相输入X被乘数端(AD835的引脚7)分别与峰值提取模块2中第二采样保持器U2-3和第四采样保持器U2-7的输出端(LF393的引脚5)相连，第一除法器U3-1和第二除法器U3-3的反相输入X被乘数端和反相输入Y被乘数端(AD835的引脚2、8)均与地线GND相连，第一除法器U3-1的非反相输入Y被乘数端(AD835的引脚1)与第四放大器U3-2A的输出端(LM358的引脚1)和第九电阻R3-4的一端相连；第二除法器U3-3的非反相输入Y被乘数端(AD835的引脚1)与第六放大器U3-4A的输出端(LM358的引脚1)和第十五电阻R3-10的一端相连；第九电阻R3-4的另一端与第五放大器U3-2B的反相输入端(LM358的引脚6)和第十电阻R3-5的一端相连；第四放大器U3-2A和第六放大器U3-4A的同相输入端分别经第八电阻R3-3和第十四电阻R3-9接地GND；第十五电阻R3-10的另一端与第七放大器U3-4B的反相输入端(LM358的引脚6)和第十六电阻R3-11的一端相连；第十电阻R3-5和第十六电阻R3-11的另一端分别与第五放大器U3-2B和第七放大器U3-4B的输出端(LM358的引脚7)相连，第五放大器U3-2B和第七放大器U3-4B的同相输入端(LM358的引脚7)分别与第十一电阻R3-6和第十七电阻R3-12的一端相连，第十一电阻R3-6和第十七电阻R3-12的另一端分别与地线GND相连。
第五放大器U3-2B和第七放大器U3-4B的输出端(LM358的引脚7)连接至驱动控制模块4。
AD835N、LM358其他引脚的接法参照其技术手册。
第一除法器U3-1和第二除法器U3-3选用AD835芯片，第四放大器至第七放大器选用LM358芯片，第六电阻R3-1和第十二电阻R3-7选用阻值为10kΩ的电阻，第七至第十一电阻和第十三至第十七电阻选用阻值为1kΩ的电阻。
如图6、图7和图8所示，驱动控制模块4包括三角波发生电路401、电平抬升电路402、PWM电路403和驱动电路404。
三角波发生电路401中第八放大器U4-1A的同相输入端(LM324的引脚3)分别与第十八电阻R4-1和第二十电阻R4-3的一端相连，第十八电阻R4-1的另一端与第七电容C4-1的一端和第九放大器U4-1B的输出端(LM324的引脚7)相连，第二十电阻R4-3的另一端分别与第二十一电阻R4-4和第二十二电阻R4-5相连；第二十一电阻R4-4的另一端与第八放大器U4-1A的输出端(LM324的引脚1)相连，第二十二电阻R4-5的另一端与第七电容C4-1的另一端和第九放大器U4-1B的反相输入端(LM324的引脚6)相连；第八放大器U4-1A的反相输入端(LM324D的引脚2)和第九放大器U4-1B的同相输入端(LM324的引脚5)分别与第十九电阻R4-2和第二十三电阻R4-6的一端相连，第十九电阻R4-2和第二十三电阻R4-6的另一端均与地线GND相连；第九放大器U4-1B的输出端(LM324的引脚7)与电平抬升电路402中第二十五电阻R4-8和第二十九电阻R4-12的一端相连，第二十五电阻R4-8和第二十九电阻R4-12的另一端分别与第十放大器U4-1C和第十一放大器U4-1D的反相输入端(LM324的引脚9、13)相连；第二十四电阻R4-7和第二十八电阻R4-11的一端与-5.0V电压相连，第二十四电阻R4-7的另一端与第十放大器U4-1C的反相输入端(LM324的引脚9)和第二十六电阻R4-9的一端相连，第二十八电阻R4-11的另一端与第十一放大器U4-1D的反相输入端(LM324的引脚13)和第三十电阻R4-13的一端相连；第二十六电阻R4-9和第三十电阻R4-13的另一端分别与第十放大器U4-1C和第十一放大器U4-1D的输出端(LM324的引脚8、14)相连，第十放大器U4-1C和第十一放大器U4-1D的同相输入端(LM324的引脚10、12)分别与第二十七电阻R4-10和第三十一电阻R4-14的一端相连，第二十七电阻R4-10和第三十一电阻R4-14的另一端均与地线GND相连；第十放大器U4-1C和第十一放大器U4-1D的输出端(LM324的引脚8、14)分别与PWM电路403中第十二放大器U4-2A和第十三放大器U4-2B的反相输入端(LM324的引脚2、6)连接，第十二放大器U4-2A和第十三放大器U4-2B的同相输入端(LM324的引脚3、5)分别与自适应调节模块3中第五放大器U3-2B和第七放大器U3-4B的输出端(LM358的引脚7)相连；第十二放大器U4-2A和第十三放大器U4-2B的输出端(LM324的引脚1、7)分别与驱动电路404中第一电机驱动芯片U4-3的第一和第二输入端(L298的引脚7、9)相连，第一电机驱动芯片U4-3的A感应电压端(L29P的引脚2)与第三十二电阻R4-15的一端相连，第三十二电阻R4-15的另一端与第一电机驱动芯片U4-3的地端(L298的引脚1)相连，第一电机驱动芯片U4-3的A使能端(L298的引脚8)接+5.0V电压。
LM324、LM358、L298其他引脚的接法参照其技术手册。
三角波发生电路401中第八放大器U4-1A和第九放大器U4-1B选用LM324芯片，电平抬升电路402中第十放大器U4-1C和第十一放大器U4-1D选用LM324芯片，PWM电路403中第十二放大器U4-2A和第十三放大器U4-2B选用LM358芯片，驱动电路404中第一电机驱动芯片U4-3选用L298芯片，第十八至第二十三电阻(R4-1～R4-6)选用阻值为100kΩ的电阻，第二十四电阻R4-7和第二十八电阻R4-11选用阻值为10kΩ的电阻，第二十五电阻R4-8、第二十六电阻R4-9、第二十九R4-12和第三十电阻R4-13选用阻值为3kΩ的电阻，第二十七电阻R4-10和第三十一电阻R4-14选用阻值为1kΩ的电阻，第三十二电阻R4-15选用阻值为2Ω的电阻，第七电容C4-1选用容值为10uF的电容。
如图9和图10所示，电源模块包括锂电池501、第一5V降压电路502和第一反相电路503。
第一5V降压电路502中第八电容C5-1和第九电容C5-2的一端均与锂电池501的端口1和降压芯片U5-1的输入连接，降压芯片U5-1的输出与第十电容C5-3和第十一电容C5-4的一端连接，并与电压反相芯片U5-2的输入端连接，第八电容C5-1、第九电容C5-2、第十电容C5-3和第十一电容C5-4的另一端接地，降压芯片U5-1的端口2和锂电池501的端口2接地；电压反相芯片U5-2的输出接-5V电压和第十三电容C5-6的一端，第十三电容C5-6的另一端接地线GND，电压反相芯片U5-2的LV端接地线GND，电压反相芯片U5-2的CAP+和CAP-分别连接第十二电容C5-5的两端。
锂电池501选用额定电压为7.4V，容量为2000mAh的锂电池，第一5V降压电路502采用降压芯片78M05，其外围电路接法参照其技术手册，输出端+5V为5.0V电压；第一反相电路503采用电压反相芯片MAX660，其外围电路接法参照其技术手册，输出端-5V为-5.0V电压。
本实用新型的一种肌电假手的自适应控制电路，包括肌电检测模块、峰值提取模块、自适应调节模块、驱动控制模块、电源模块。其中，肌电检测模块分别将两个肌电传感测量得到的肌电信号进行整形和滤波处理；峰值提取模块分别提取整形处理后的两路肌电信号的峰值；自适应调节模块根据峰值提取模块的输出对整形模块输出的两路信号进行比例调节；驱动控制模块根据自适应调节模块的输出信号产生假手的驱动控制信号；电源模块为整个假手控制系统提供电源。本实用新型在不使用微控制器的情况下实现肌电信号的自适应调节，抑制了肌电信号个体差异和测量位置对假手控制效果的影响，能够有效扩大肌电假手对不同残疾人的适用范围。
Claims (8)
1.一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：包括肌电检测模块(1)、峰值提取模块(2)、自适应调节模块(3)、驱动控制模块(4)和电源模块(5)，电源模块为整个电路供电，肌电检测模块用于测量人体手臂皮肤表面的肌电信号，并将测量到的两路肌电信号送至峰值提取模块和自适应调节模块，峰值提取模块将提取到的两路肌电信号的峰值送至自适应调节模块，自适应调节模块根据峰值提取模块提取到的两路肌电信号的峰值对肌电检测模输出的两路肌电信号进行比例调节，并将经过比例调节后的两路肌电信号送至驱动控制模块，驱动控制模块输出的控制信号控制假手的运动。
2.根据权利要求1所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：肌电检测模块包括肌电传感器、整形滤波电路和电压跟随电路，肌电传感器采集肌电信号，并输出至整形滤波电路对肌电信号进行整形和滤波处理，然后经电压跟随电路输出至峰值提取模块和自适应调节模块。
3.根据权利要求2所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：肌电传感器包括第一肌电传感器(S1)和第二肌电传感器(S2)，整形滤波电路包括第一电压基准芯片(T1)、第一二极管(D1-1)、第二二极管(D1-2)、第三二极管(D1-5)、第四二极管(D1-6)、第一放大器(U1-1A)、第一电阻(R1-1)、第二电阻(R1-2)、第三电阻(R1-3)、第四电阻(R1-6)、第五电阻(R1-7)、第一电容(C1-1)和第二电容(C1-2)，电压跟随电路包括第二放大器(U1-1B)和第三放大器(U1-1C)；第一肌电传感器的输出端与第一二极管的阳极和第二二极管的阴极相连，第二肌电传感器的输出端与第三二极管的阳极和第四二极管的阴极相连；第三电阻与第一电容并联后的一端与地线相连，另一端与第二电阻的一端和第二放大器的同相输入端相连；第五电阻与第二电容并联后的一端与地线相连，另一端与第四电阻的一端和第三放大器的同相输入端相连；第二电阻的另一端与第一二极管的阴极相连，第四电阻的另一端与第三二极管的阴极相连；第一电压基准芯片的引脚1和引脚3相连，并且与第一电阻的一端和第一放大器的同相输入端相连，第一电阻的另一端与+5.0V相连；第一放大器的反相输入端和第一放大器的输出端相连，并且与第二二极管的阳极和第四二极管的阳极相连；第二放大器和第三放大器的反向输入端均与各自的输出端相连，第二放大器和第三放大器的输出端连接至峰值提取模块和自适应调整模块。
4.根据权利要求1所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：峰值提取模块包括第一比较器(U2-1A)、第二比较器(U2-1B)、第三比较器(U2-5A)、第四比较器(U2-5B)、第一采样保持器(U2-2)、第二采样保持器(U2-3)、第三采样保持器(U2-6)、第四采样保持器(U2-7)、第一模拟开关(U2-4)、第二模拟开关(U2-8)和第三至第六电容(C2-1～C2-4)；第一比较器的同相输入端与第一采样保持器的输入端和肌电检测模块中第二放大器的输出端相连，第三比较器的同相输入端与肌电检测模块中第三放大器的输出端和第三采样保持器的输入端相连，第一和第三比较器的反相输入端分别与第一和第二模拟开关的数据端口B相连，第一和第三比较器的输出端分别与第二和第四采样保持器的逻辑输入端相连；第一和第三采样保持器的逻辑输入端接+5.0V电压；第一采样保持器的输出端与第二采样保持器的输入端相连，并且与第二比较器的同相输入端和第一模拟开关的数据端口A1相连；第三采样保持器的输出端与第四采样保持器的输入端相连，并且与第四比较器的同相输入端和第二模拟开关的数据端口A1相连；第二采样保持器的输出端与第二比较器的反相输入端和第一模拟开关的数据端口A2相连，第四采样保持器的输出端与第四比较器的反相输入端和第二模拟开关的数据端口A2相连；第二和第四比较器的输出端分别与第一和第二模拟开关的逻辑控制信号端相连；第二和第四采样保持器的输出端以及第一和第二模拟开关的数据端口A1连接至自适应调整模块；第一采样保持器、第二采样保持器、第三采样保持器和第四采样保持器的CH端分别经第三电容C2-1、第四电容C2-2、第五电容C2-3和第六电容C2-4与各自的Loglc Raf端连接，并接地。
5.根据权利要求1所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：自适应调节模块包括第一除法器(U3-1)、第二除法器(U3-3)、第四放大器(U3-2A)、第五放大器(U3-2B)、第六放大器(U3-4A)、第七放大器(U3-4B)和第六至第十七电阻(R3-1～R3-12)，第四放大器的反相输入端分别与第六电阻和第七电阻的一端相连，第六放大器的反相输入端分别与第十二和第十三电阻的一端相连，第六和第十二电阻的另一端分别与峰值提取模块中第一和第二模拟开关的数据端口A1相连，第七和第十三电阻的另一端分别与第一和第二除法器的产品端W相连；第一和第二除法器的非反相输入X被乘数端分别与峰值提取模块中第二和第四采样保持器的输出端相连，第一和第二除法器的反相输入X被乘数端和反相输入Y被乘数端均与地线相连，第一除法器的非反相输入Y被乘数端与第四放大器的输出端和第九电阻的一端相连；第二除法器的非反相输入Y被乘数端与第六放大器的输出端和第十五电阻的一端相连；第九电阻的另一端与第五放大器的反相输入端和第十电阻的一端相连，第十五电阻的另一端与第七放大器的反相输入端和第十六电阻的一端相连，第十和第十六电阻的另一端分别与第五和第七放大器的输出端相连，第五和第七放大器的同相输入端分别经第十一和第十七电阻与地线相连；第五和第七放大器的输出端连接至驱动控制模块；第四放大器和第六放大器的同相输入端分别经第八电阻和第十四电阻接地。
6.根据权利要求1所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：驱动控制模块(4)包括三角波发生电路(401)、电平抬升电路(402)、PWM电路(403)和驱动电路(404)，三角波发生电路将产生的三角波经电平抬升电路输入至PWM电路，PWM电路根据三角波信号对自适应调节模块的输出进行控制，PWM电路输出经驱动电路控制假手运动。
7.根据权利要求6所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：三角波发生电路包括第八放大器(U4-1A)、第九放大器(U4-1B)、第十八至第二十三电阻(R4-1～R4-6)、第七电容(C4-1)，电平抬升电路包括第十放大器(U4-1C)、第十一放大器(U4-1D)、第二十四至第三十一电阻(R4-7～R4-14)，PWM电路包括第十二放大器(U4-2A)、第十三放大器(U4-2B)，驱动电路包括第一电机驱动芯片(U4-3)、第三十二电阻(R4-15)；
第八放大器的同相输入端分别与第十八和第二十电阻的一端相连，第十八电阻的另一端与第七电容的一端和第九放大器的输出端相连，第二十电阻的另一端分别与第二十一和第二十二电阻相连，第二十一电阻的另一端与第八放大器的输出端相连；第二十二电阻的另一端与第七电容的另一端和第九放大器的反相输入端相连，第八放大器的反相输入端和第九放大器的同相输入端分别经第十九电阻和第二十三电阻与地线相连；第九放大器的输出端与第二十五和第二十九电阻的一端相连，第二十五和第二十九电阻的另一端分别与第十放大器和第十一放大器的反相输入端相连，第二十四和第二十八电阻的一端与-5.0V电压相连，第二十四电阻的另一端与第十放大器的反相输入端和第二十六电阻的一端相连；第二十八电阻的另一端与第十一放大器的反相输入端和第三十电阻的一端相连；第二十六和第三十电阻的另一端分别与第十放大器和第十一放大器的输出端相连，第十和第十一放大器的同相输入端分别经第二十七电阻和第三十一电阻与地线相连，第十放大器和第十一放大器的输出端分别与第十二和第十三放大器的反相输入端连接；第十二放大器和第十三放大器的同相输入端分别与自适应调节模块中第五放大器和第七放大器的输出端相连，第十二和第十三放大器的输出端分别与第一电机驱动芯片的第一和第二输入端相连，第一电机驱动芯片的A感应电压端经第三十二电阻与第一电机驱动芯片的地端相连，第一电机驱动芯片的A使能端接+5.0V电压。
8.根据权利要求1所述的一种肌电假手的自适应控制电路，其特征在于：电源模块包括锂电池(501)、第一5V降压电路(502)和第一反相电路(503)，第一5V降压电路中第八电容(C5-1)和第九电容(C5-2)的一端均与锂电池的端口1和降压芯片(U5-1)的输入连接，降压芯片(U5-1)的输出与第十电容(C5-3)和第十一电容(C5-4)的一端连接，并与电压反相芯片(U5-2)的输入端连接，第八电容、第九电容、第十电容和第十一电容的另一端接地，降压芯片(U5-1)的端口2和锂电池的端口2接地；电压反相芯片(U5-2)的输出接-5V电压和第十三电容(C5-6)的一端，第十三电容的另一端接地线，电压反相芯片(U5-2)的LV端接地线，电压反相芯片(U5-2)的CAP+和CAP-分别连接第十二电容(C5-5)的两端。
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|---|---|---|---|---|
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