一種智能假手控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種智能假手控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期以來，由各種疾病、工傷、自然災(zāi)害、交通事故等原因?qū)е碌闹w殘疾患者成千上萬，由于肢體的殘缺，殘疾人在工作、學(xué)習(xí)和生活中有諸多不便，而假肢正是幫助這些肢體殘疾人部分恢復(fù)其肢體功能的主要方法之一，因此假肢的需求量很高。由于上肢殘疾占了肢體殘疾的很大比例，假手的需求也是與日俱增。因此，研究和開發(fā)假手的控制及監(jiān)測(cè)對(duì)幫助肢體殘疾人士自理、提高其生活品質(zhì)有重要意義。
[0003]現(xiàn)有的假手控制系統(tǒng)大都包括信號(hào)采集、主控、驅(qū)動(dòng)等模塊，但一個(gè)設(shè)計(jì)出來的假手控制系統(tǒng)只能控制特定的假手，假手驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào)、功率、額定電壓是固定的，更換假手就要更換控制系統(tǒng)，假手控制系統(tǒng)不具有通用性。并且，大多數(shù)假手控制系統(tǒng)反饋功能不全面，速度檢測(cè)、過流保護(hù)、過流警告、通信及顯示模塊缺失或部分缺失。同時(shí)，假手運(yùn)行過程中的監(jiān)測(cè)功能比較缺乏，目前大都是通過目視來觀察假手的運(yùn)動(dòng)，即使一些系統(tǒng)有顯示模塊，也不能實(shí)時(shí)有效的顯示假手的速度、位置信息及其變化情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種智能假手控制系統(tǒng)，其通過設(shè)置信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊，在電源模塊中設(shè)置二級(jí)電壓轉(zhuǎn)換分開供電，并為第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換中通過更改電子元件的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的電壓輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主控模塊之間的電流隔離，避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)主控模塊的影響；同時(shí)，不同電壓的輸出能夠保證控制系統(tǒng)對(duì)不同型號(hào)的假手進(jìn)行控制。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種智能假手控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還包括:信號(hào)米集模塊、信號(hào)處理模塊、電源模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
[0007]所述信號(hào)采集模塊，用于通過肌電電極采集手臂表面的肌電信號(hào)；
[0008]所述信號(hào)處理模塊，用于將所述肌電信號(hào)進(jìn)行濾波和放大后發(fā)送到所述主控模塊；
[0009]所述主控模塊，用于將接收到的肌電信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作分類計(jì)算后得到控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的控制信號(hào)并將所述控制信號(hào)發(fā)送到所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
[0010]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；
[0011]所述電源模塊，包括二級(jí)電壓轉(zhuǎn)換，其中第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換和第二級(jí)電壓轉(zhuǎn)換分別為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主控模塊供電，所述第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換為通過更改電子元件的參數(shù)值提供不同輸出電壓的電壓轉(zhuǎn)換。
[0012]其中，還包括電流反饋模塊，所述電流反饋模塊包括采樣電路、放大器、比較器和保護(hù)電路；所述采樣電路從所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中獲取采樣電流，所述放大器將所述采樣電流進(jìn)行放大；所述比較器比較放大后的采樣電流和預(yù)設(shè)的電流值大小，所述保護(hù)電路在所述放大后的采樣電流超出預(yù)設(shè)的電流值大小時(shí)停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0013]其中，還包括報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊在所述放大后的采樣電流超出預(yù)設(shè)的電流值大小時(shí)發(fā)出警報(bào)。
[0014]其中，還包括通信模塊、速度檢測(cè)模塊和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置通過通信模塊與所述主控模塊相連；所述速度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)向和位置的信息并將所述信息通過主控模塊、通信模塊發(fā)送到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置；所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置用于顯示所述信息、根據(jù)所述信息建立假手的連桿機(jī)構(gòu)模型并將所述連桿機(jī)構(gòu)模型在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置中顯示；所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置還用于設(shè)定假手的位置、運(yùn)行速度，根據(jù)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算出實(shí)現(xiàn)該位置各驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)應(yīng)的位置、速度信息并根據(jù)計(jì)算出的信息控制各驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)對(duì)比運(yùn)行過程中檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和位置的信息，調(diào)整計(jì)算出的信息實(shí)現(xiàn)速度、位置的閉環(huán)控制。
[0015]其中，所述速度檢測(cè)模塊設(shè)置有將速度、轉(zhuǎn)向和位置信息編碼的增量式編碼器；所述主控模塊的MCU的型號(hào)為TMS320F28335。
[0016]其中，所述信號(hào)采集模塊的芯片型號(hào)為ADS1198。
[0017]其中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的芯片為H橋芯片。
[0018]其中，所述電源模塊包括型號(hào)為L(zhǎng)MZ14203H的芯片U4、型號(hào)為L(zhǎng)M7805的芯片U7、電容C16、電容C17、電容C20、電容C5、電容C6、電容C7、電容C10、電容C11、電容Cout、電阻R3、電阻R4、電阻Ron、電阻Rfbb、電阻Rfbt ;所述芯片U7的引腳I和電容C16的一端、電容C17的一端相連；電容C16的另一端和電容C17的另一端、電容C20的一端相連；所述芯片U7的引腳2接地；所述芯片U7的引腳3和電容C20的另一端相連；所述芯片U4的引腳I和電阻R3的一端、電阻Ron的一端、電容C5的一端、電容C6的一端相連；所述芯片U4的引腳2和電阻Ron的另一端相連；所述芯片U4的引腳3和電阻R3的另一端、電阻R4的一端相連；所述芯片U4的引腳5和電容C7的一端相連；所述芯片U4的引腳6和電容ClO的一端、電阻Rfbt的一端、電阻Rfbb的一端相連；所述芯片U4的引腳7和電容ClO的另一端、電阻Rfbtl的另一端、電容Cll的一端、電容Cout的一端相連；所述電阻R4的另一端、電容C5的另一端、電容C6的另一端、芯片U4的引腳4、電容C7的另一端、電阻Rfbb的另一端、電容Cll的另一端、電容Cout的另一端均接地。
[0019]其中，所述電容C16的參數(shù)為10uf ;所述電容C17的參數(shù)為0.33uf ;所述電容C20的參數(shù)為1.0uf ;所述電容C5的參數(shù)為1uf ;所述電容C6的參數(shù)為Iuf ;所述電容C7的參數(shù)為4.7nf ;所述電容ClO的參數(shù)為22nf ;所述電容Cll的參數(shù)為Iuf ;所述電阻R3的阻值為68.1KΩ ;所述電阻R4的阻值為7.5ΚΩ ;所述電阻Rfbb的阻值為34ΚΩ。
[0020]其中，所述通信模塊為串口通信模塊、USB通信模塊或SPI通信模塊。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:通過設(shè)置信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊，在電源模塊中設(shè)置二級(jí)電壓轉(zhuǎn)換分開供電，并為第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換中通過更改電子元件的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的電壓輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主控模塊之間的電流隔離，避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)主控模塊的影響；同時(shí)，不同電壓的輸出能夠保證控制系統(tǒng)對(duì)不同型號(hào)的假手進(jìn)行控制。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0025]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換的電路圖。
[0026]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的第二級(jí)電壓轉(zhuǎn)換的電路圖。
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的電源模塊中接線段子的電路圖。
[0028]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置中假手的位置示意圖。
[0029]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)控界面的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]請(qǐng)參考圖1，其是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能假手控制系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖。本實(shí)施例的智能假手控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于上肢殘疾人控制其恢復(fù)肢體功能的假肢，幫助肢體殘疾人自理，提高生活質(zhì)量，降低家庭負(fù)擔(dān)。
[0032]如圖所示，該智能假手控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)101，還包括:信號(hào)采集模塊102、信號(hào)處理模塊103、電源模塊104、主控模塊105、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊106 ；
[0033]所述信號(hào)采集