Fmg假手的信號處理系統的製作方法
2023-05-18 19:53:11 1
專利名稱：Fmg假手的信號處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制系統，特別涉及一種FMG假手的信號處理系統。
背景技術：
腦產生活動信號經神經傳導至前臂，在肌肉表面產生電信號的同時肌肉形狀將發生變化，尤其在四肢處，肌肉膨脹和收縮在表面變化十分明顯。其主要特點有信號幅值大； 平穩性好；抗幹擾能力強等。FMG信號的幅度大且平穩性好，是一種低通信號，因此，FMG信號作為假手控制源存在一定的優勢。相較而言，肌電信號由於其內在特性，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、皮膚潮溼等。因此，探索新的信號源控制是假手技術的一個重要發展方向。2003年美國New Jersey大學的Manjuladevi KUTTUVA等研究人員提出了用8枚 FSR(force sensitive resistor)傳感器採集信號來控制虛擬假手完成指定的動作；2005 年Sam L.Phillip等驗證了殘端壓力特徵(residual kinetic images, RKIs )作為多自由度仿生假肢控制的可能性；哈爾濱工業大學用16個FSR傳感器實現了 33種手部姿勢的識別等。由於使用者的差異性，FMG信號幅值可能不同，對同一個使用者而言，由於疲勞等因素的影響，FMG幅值也可能不同，因此，有必要發明一種新的信號處理系統，使FMG信號放大倍數可以根據肌肉力的強度自動調整，給使用者帶來方便。
發明內容本實用新型是針對現在假肢控制存在的不足的問題，提出了一種FMG假手的信號處理系統，實現假手放大倍數自動調節。本實用新型的技術方案為一種FMG假手的信號處理系統，包括力敏傳感器、前置預處理電路、自調節電路、MSP430微控制器、光耦隔離電路、驅動與保護電路及執行機構，力敏傳感器採集皮膚表面的壓力特徵，採集信號進入前置預處理電路進行轉換、放大和濾波， 處理後的信號進入自調節電路進行程控放大，放大後的信號進入MSP430微控制器，微控制器處理信號後反饋信號回對自調節電路進行自調節，同時微控制器輸出信號通過光耦隔離電路後到驅動與保護電路對假手執行機構進行控制。所述前置預處理電路的放大器採用放大器LM324 ；自調節電路由放大器LM324 和⑶4051多路模擬開關構成；微處理器選用MSP430F149晶片；光耦隔離電路光耦選用 TLP2530 ；驅動與保護電路中電機驅動晶片選擇L298N。本實用新型的有益效果在於本實用新型一種FMG假手的信號處理系統，通過對進入微控制器的FMG信號方差大小的判別，對程控放大電路的放大倍數進行相應的調整， 從而使放大後的FMG信號方差處在一定的範圍內。通過實驗驗證，該假手能夠通過微控制器很好地實現FMG信號放大倍數的自動調節，從而達到實時調節。
[0008]圖1為本實用新型FMG假手的信號處理系統結構框圖；圖2為本實用新型FMG假手的信號處理系統中自調節電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型放大倍數自調節的FMG信號假手，包括力敏傳感器1、前置預處理電路2、自調節電路3、MSP430微控制器4、光耦隔離電路5、驅動與保護電路6及執行機構7。本實施方案的前置預處理電路的放大器採用放大器LM324 ；自調節電路3由放大器LM3M和CD4051多路模擬開關構成；微處理器選用MSP430F149晶片；光耦選用TLP2530 ； 電機驅動晶片選擇L298N。由力敏傳感器1採集皮膚表面的壓力特徵，進入前置預處理電路2，完成信號轉換、放大和濾波，處理後的信號進入自調節電路3進行程控放大，放大後的信號進入MSP430 微控制器4，由微控制器4對FMG信號方差大小進行判別，根據判別結果對放大倍數進行自調節，此外，微控制器還要輸出信號通過光耦隔離電路5後到驅動與保護電路6對假手執行機構7進行控制，最終實現假手的控制。圖2中的程控放大電路是由LM3M放大器和⑶4051多路選擇開關組成。⑶4051 多路選擇開關由三個二進位控制輸入端A、B、C3位地址碼決定開關接通的8個通道之一， INH為禁止端，當「INH」=1時，各通道均不接通。電源端VEE作為電平位移使用，使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數位訊號能直接控制多路開關。A、B、C3 位地址碼分別連接到MSP430微控制器的PI. 0、P1. UPl. 2 口，由MSP430完成FMG信號方差大小的判別，對CD4051多路開關進行選通，實現放大倍數的調整。對FMG信號方差大小判斷，關鍵在於區分FMG信號與幹擾、根據判別結果確定程控放大倍數。具體實現方法如下由於FMG信號是以一種低通信號，具有平穩性好，幅值大，抗幹擾性強等特點，所以，基本上不需要區分FMG信號與幹擾。信號方差大小的判別主要是判斷FMG信號方差是否過大或過小， 如果是，則相應的調整程控電路的放大倍數。設FMG信號動作發生閾值為 S13 (S0 >0)，上限信號閾值為忌m。選取10個採樣點的幅值巧為一組，用10個採樣點的均
值&代替這10個採樣點的值，第 組信號幅值為^G = H、n)，則信號平均值、方差的計算公式如下(1):
權利要求1.一種FMG假手的信號處理系統，其特徵在於，包括力敏傳感器(1)、前置預處理電路 (2)、自調節電路(3)、MSP430微控制器(4)、光耦隔離電路(5)、驅動與保護電路(6)及執行機構(7)，力敏傳感器(1)採集皮膚表面的壓力特徵，採集信號進入前置預處理電路(2)進行轉換、放大和濾波，處理後的信號進入自調節電路(3)進行程控放大，放大後的信號進入 MSP430微控制器(4)，微控制器(4)處理信號後反饋信號回對自調節電路(3)進行自調節， 同時微控制器輸出信號通過光耦隔離電路(5)後到驅動與保護電路(6)對假手執行機構 (7)進行控制。
2.根據權利要求1所述FMG假手的信號處理系統，其特徵在於，所述前置預處理電路的放大器(2)採用放大器LM324;自調節電路(3)由放大器LM3M和⑶4051多路模擬開關構成；微處理器(4)選用MSP430F149晶片；光耦隔離電路(5)光耦選用TLP2530 ；驅動與保護電路(6)中電機驅動晶片選擇L298N。
專利摘要本實用新型涉及一種FMG假手的信號處理系統，力敏傳感器採集皮膚表面的壓力特徵，採集信號進入前置預處理電路進行轉換、放大和濾波，處理後的信號進入自調節電路進行程控放大，放大後的信號進入MSP430微控制器，微控制器處理信號後反饋信號回對自調節電路進行自調節，同時微控制器輸出信號通過光耦隔離電路後到驅動與保護電路對假手執行機構進行控制。通過實驗驗證，該假手能夠通過微控制器很好地實現FMG信號放大倍數的自動調節，從而達到實時調節。
文檔編號A61F2/70GK202060918SQ201120137148
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月4日 優先權日2011年5月4日
發明者何榮榮, 喻洪流, 李盼盼 申請人:上海理工大學