專利名稱：肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，特別涉及一種肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
腦產(chǎn)生活動信號經(jīng)神經(jīng)傳導(dǎo)至前臂，在肌肉表面產(chǎn)生電信號的同時(shí)肌肉形狀將發(fā)生變化，尤其在四肢處，肌肉膨脹和收縮在表面變化十分明顯。其主要特點(diǎn)有信號幅值大； 平穩(wěn)性好；抗干擾能力強(qiáng)等。FMG信號的幅度大且平穩(wěn)性好，因此，可用于假手動作控制等。 相較而言，肌電信號由于其內(nèi)在特性，如寬頻帶、低電壓放大等，使其在控制低頻活動的電子假肢時(shí)存在困難；另外還受其他一些外在因素影響，例如肌肉疲勞、皮膚潮濕等，因此，探索新的信號源控制是假手技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前，國內(nèi)外在基于肌肉力的假手控制方面的研究取得了一些進(jìn)展，如2003年美國New Jersey大學(xué)的Manjuladevi KUTTUVA等研究人員提出了用8枚FSR (force sensitive resistor)傳感器采集信號來控制虛擬假手完成指定的動作；德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)Yuichiro Honda等人通過在前臂陣列式放置M枚FSR傳感器，形成M通道的采集系統(tǒng)，采集對應(yīng)于6中不同手部動作的信號等。國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，哈爾濱工業(yè)大學(xué)用16個(gè)FSR傳感器實(shí)現(xiàn)了 33種手部姿勢的識別。但目前市場上還沒出現(xiàn)此類實(shí)用化的產(chǎn)品。最關(guān)鍵的問題是，這些基于FSR傳感器的假手控制均不能實(shí)現(xiàn)假手動作的動態(tài)比例調(diào)速，無法使假手使用者根據(jù)殘肢來控制假手抓握速度，抓起諸如紙杯、雞蛋類等需要輕握的物品。如果能發(fā)明一種可以基于肌肉力大小“隨心所欲”地控制假手動作速度的控制系統(tǒng)與方法，無疑對改進(jìn)現(xiàn)有假手的控制具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在假肢控制存在的不足的問題，提出了一種肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)及方法，對假手速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，控制穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)，包括FMG信號傳感器組、前置預(yù)處理電路放大濾波、自增益電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、MSP430控制芯片、光電耦合電路、電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，F(xiàn)MG信號傳感器組緊貼人體表皮，拾取人體FMG信號經(jīng)過前置放大濾波電路放大濾波，然后處理過的信號進(jìn)入自增益電路程控放大，然后信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)入MSP430微處理器綜合處理后，輸出信號經(jīng)過光耦隔離電路，輸出到電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)假手。所述前置預(yù)處理電路選用LM3M放大器；自增益電路選用集成運(yùn)放LM324與多路選擇開關(guān)⑶4051 ；MSP430控制芯片選用MSP430F149芯片；光電耦合電路選擇光耦 TLP2530 ；電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路中的驅(qū)動芯片選擇L298N?！N肌肉力比例調(diào)速假手控制方法，根據(jù)采集到的FMG信號時(shí)域信息一幅值不同，經(jīng)過肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)后，對假手驅(qū)動電路的PWM信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變假手驅(qū)動電路在單位周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即改變驅(qū)動電路電壓有效值，實(shí)現(xiàn)假手速度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從FMG信號幅值的變化到PWM信號占空比的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的方法如下
1)計(jì)算FMG信號幅值采用求方差的方法對采集到的FMG信號，以10個(gè)采樣點(diǎn)為一組，進(jìn)行分組，用求得的平均值，代替這十個(gè)采樣點(diǎn)的值，完成了 FMG信號幅值的求解，如用
&表示第i組采樣點(diǎn)的首個(gè)采樣點(diǎn)FMG信號幅值，&表示求均值后的第 組采樣點(diǎn)的幅
值
權(quán)利要求
1.一種肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)，其特征在于，包括FMG信號傳感器組(8)、前置預(yù)處理電路(1)放大濾波、自增益電路(2)、A/D轉(zhuǎn)換電路(3)、MSP430控制芯片(4)、光電耦合電路(5)、電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路(6)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(7)，F(xiàn)MG信號傳感器組(8)緊貼人體表皮， 拾取人體FMG信號經(jīng)過前置放大濾波電路(1)放大濾波，然后處理過的信號進(jìn)入自增益電路(2 )程控放大，然后信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路(3 )進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)入MSP430微處理器(4 )綜合處理后，輸出信號經(jīng)過光耦隔離電路(5)，輸出到電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路(6)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu) (7)假手。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述前置預(yù)處理電路(1)選用LM3M放大器；自增益電路(2)選用集成運(yùn)放LM3M與多路選擇開關(guān)⑶4051 ； MSP430控制芯片(4)選用MSP430F149芯片；光電耦合電路(5)選擇光耦TLP2530 ；電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路(6)中的驅(qū)動芯片選擇L298N。
3.—種肌肉力比例調(diào)速假手控制方法，其特征在于，根據(jù)采集到的FMG信號時(shí)域信息一幅值不同，經(jīng)過肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)后，對假手驅(qū)動電路的PWM信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變假手驅(qū)動電路在單位周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即改變驅(qū)動電路電壓有效值，實(shí)現(xiàn)假手速度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從FMG信號幅值的變化到PWM信號占空比的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的方法如下1)計(jì)算FMG信號幅值采用求方差的方法對采集到的FMG信號，以10個(gè)采樣點(diǎn)為一組，進(jìn)行分組，用求得的平均值，代替這十個(gè)采樣點(diǎn)的值，完成了 FMG信號幅值的求解，如用~表示第；組采樣點(diǎn)的首個(gè)采樣點(diǎn)FMG信號幅值，&表示求均值后的第 組采樣點(diǎn)的幅
全文摘要
本發(fā)明涉及一種肌肉力比例調(diào)速假手控制系統(tǒng)及方法，F(xiàn)MG(ForceMyography)信號傳感器組緊貼人體表皮，拾取人體FMG信號經(jīng)過前置放大濾波電路放大濾波，處理過的信號進(jìn)入自增益電路程控放大，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)入MSP430微處理器綜合處理后，輸出信號經(jīng)過光耦隔離電路，輸出到電機(jī)驅(qū)動及保護(hù)電路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)假手根據(jù)FMG信號的強(qiáng)弱對PWM信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對假手的實(shí)時(shí)控制，控制穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)以及擴(kuò)大適用者人群。
文檔編號A61F2/70GK102258403SQ20111011327
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者喻洪流, 李盼盼, 顧余輝 申請人:上海理工大學(xué)