一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，包括可调力触觉激励装置，所述可调力触觉激励装置包括交流电机机构，所述交流电机机构与偏心轮机构固连，所述偏心轮机构的偏心轮紧贴在弹性钢尺机构的弹性钢尺上，弹性钢尺机构的下端面固设探针机构；肌电信号采集放大装置包括前级放大电路，其输入端接收人体表面的肌电信号，其输出端依次通过四阶低通滤波电路、50Hz工频陷波电路、后级放大电路和电平抬升电路与低功耗微控制器的输入端相连，低功耗微控制器通过无线蓝牙模块与STM32微控制器无线通讯。本装置刺激力大小频率可调，可以灵活调制交款频率范围的触觉刺激；涉及电路功能结构简单，可以极大的促进相关运动康复等研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及力触觉激励、生物电采集与识别的仪器
，尤其是一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置。
技术介绍
触觉作为一种不同于视觉和听觉的感觉，更多的受主观感情因素影响，因而存在一定的个体差异，近几年随着虚拟现实、运动与健康科学等领域的兴起，触觉激励相关方面的研究重新进入人们的视野。皮肤作为哺乳动物重要的感觉器官，是一种具有触点非常密集非常灵敏的感受器，皮肤通过接触或触摸可以获得相应的感受信息。随着神经医学、康复工程的发展，人们对皮肤触觉分析相关的研究越来越重视。目前，市场上对该类检测传感器需求比较大，相关的新传感器比较多，其中相关生物信号放大模块是表面肌电信号的重要部件之一，而无痛和便携性成为评判相关性能的重要指标。常见相关物刺激信号测量方法通过一触发信号输入刺激装置而产生相应刺激信号，该刺激一般为力刺激或电刺激等等。该刺激信号依据其形态，通过不同的方式刺激待测生物体，生物体在接收刺激信号后会产生相应的生理信号，该生理信号被感测装置所量得，并直接存入相应的信号处理装置内，整个过程刺激装置和感测装置都是同步的。相关的处理数据具有同步性，通过该同步信号，即可得知该生物体数据资料，据此作出相关分析及评估。近年来市面上关于相关的装置比较多，其缺陷在于：第一，电子器件暴露在强磁场环境下，极大影响数据的可靠性；第二，采用低频脉冲信号，导致偏心马达频率响应不高，装置体积较大，不容易固定，便携性太差；第三，价格昂贵，制约了相关产品普及化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本、能够对生物体表面肌电信号进行放大，同时使触觉刺激力频率可调的同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，包括可调力触觉激励装置和肌电信号采集放大装置，所述可调力触觉激励装置包括用于发送脉冲并带动偏心轮转动的交流电机机构、用于产生弹性形变的弹性钢尺机构、用于产生力数据的偏心轮机构和用于产生竖直方向上位移以改变刺激生物体表皮的探针机构，所述交流电机机构与偏心轮机构固连，所述偏心轮机构的偏心轮紧贴在弹性钢尺机构的弹性钢尺上，弹性钢尺机构的下端面固设探针机构；所述肌电信号采集放大装置包括前级放大电路，其输入端接收人体表面的肌电信号，其输出端依次通过四阶低通滤波电路、50Hz工频陷波电路、后级放大电路和电平抬升电路与低功耗微控制器的输入端相连，低功耗微控制器通过无线蓝牙模块与STM32微控制器无线通讯。所述交流电机机构包括交流电机和电机驱动器，所述偏心轮机构由偏心轮、轴套和延长轴组成，所述偏心轮通过紧固螺栓与轴套相连，轴套通过紧固螺栓与延长轴相连，延长轴通过紧固螺栓与交流电机的电机输出轴轴连。所述弹性钢尺机构包括弹性钢尺、X轴方向微调装置、Y轴方向微调装置和上支撑板，所述弹性钢尺和上支撑板均为水平布置，所述上支撑板位于弹性钢尺的上方，所述上支撑板通过铁质支撑柱固定在钢制底板上，上支撑板向下通过紧固螺钉固定安装X轴方向微调装置，X轴方向微调装置向下通过紧固螺钉固定安装Y轴方向微调装置，Y轴方向微调装置通过紧固螺钉固定在弹性钢尺上，所述弹性钢尺向下固定探针机构。所述探针机构包括压力传感器和探针，压力传感器通过紧固螺丝固定在弹性钢尺的末端上，压力传感器的测力方向与弹性钢尺的振动方向一致，探针粘贴在压力传感器上，所述压力传感器的输出端与STM32微控制器的输入端相连，STM32微控制器的输出端与PC上位机的输入端相连。所述交流电机的外表面包裹防电磁材料,所述交流电机固设在大泡沫板上。所述前级放大电路包括放大器U1A，其正相输入端通过电阻R1接表面肌电信号IN+信号，其反相输入端与电阻R3的一端相连，其输出端与分别与电容C5的一端、电阻R6的一端相连，电容C5的另一端接放大器U2的3脚，电阻R2跨接在放大器U1A的反相输入端和输出端上，电阻R6的另一端接放大器U1C的正相输入端，放大器U1C的反相输入端与其输出端相连，且该输出端接地，电阻R7的一端接放大器U1C的正相输入端，电阻R4跨接在放大器U1B的反相输入端和输出端上，放大器U1B的正相输入端通过电阻R5接表面肌电信号IN-信号，放大器U1B的输出端分别接电阻R7的另一端、电容C6的一端，电容C6的另一端接放大器U2的2脚，放大器U2的1脚通过电阻R10接放大器U2的8脚，放大器U2的输出端作为前级放大电路的输出端；所述放大器U1A和放大器U1B均采用OPA4277UA芯片，所述放大器U2采用INA118芯片。所述四阶低通滤波电路包括运放U3A，其正相输入端依次通过电阻R19、电阻R22接前级放大电路的输出端，运放U3A的正相输入端与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端与电容C11的一端相连，电容C11的另一端分别与运放U3A的反相输入端、运放U3A的输出端相连，运放U3A的输出端与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端分别与电阻R21、电容C14的一端相连，电阻R21的另一端接运放U3B的正相输入端，电容C14的另一端分别接运放U3B的反相输入端、运放U3B的输出端，运放U3B的输出端作为四阶低通滤波电路的输出端；所述运放U3A和运放U3B均采用OPA4277UA芯片。所述后级放大电路包括运放U3C，其正相输入端与50Hz工频陷波电路的输出端相连，其反相输入端一方面通过电阻R11接地，另一方面通过电阻R12与运放U3C输出端相连，运放U3C的输出端通过电阻R13接运放U3D的正相输入端，运放U3D的反相输入端分别与电阻R16、电阻R17的一端相连，电阻R16的另一端接地，电阻R17的另一端与运放U3D的输出端相连，运放U3D的输出端通过电阻R18与电平抬升电路的输入端相连；所述运放U3C和运放U3D均采用OPA4277UA芯片。由上述技术方案可知，本装置集成度高，工作安全；由于采用屏蔽装置，信号稳定，环境造成的噪声干扰小；无创刺激方式对生物体创伤小，刺激力大小频率可调，可以灵活调制交款频率范围的触觉刺激；涉及电路功能结构简单，与现有技术相比，采用的固定方式，采集信号稳定，信号滤波功能强，电路抵抗工频干扰能力强；系统设计成本造价低，可扩展性强，有竞争优势，同时由于其结构简单，作为研究推广较容易，可以极大的促进相关运动康复等研究。附图说明图1为本专利技术中可调力触觉激励装置的结构示意图；图2为交流电机启动前的静息状态到交流电机启动后的压力最大状态的偏心轮和弹性钢尺的位置状态示意图；图3为本专利技术中探针机构的结构示意图；图4为肌电信号采集放大装置的电路框图；图5、图6、图7分别为图4中前级放大电路、四阶低通滤波电路和后级放大电路的电路原理图。具体实施方式如图1、4所示，一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，包括可调力触觉激励装置和肌电信号采集放大装置，所述可调力触觉激励装置包括用于发送脉冲并带动偏心轮转动的交流电机机构、用于产生弹性形变的弹性钢尺机构、用于产生力数据的偏心轮机构和用于产生竖直方向上位移以改变刺激生物体表皮的探针机构，所述交流电机机构与偏心轮机构固连，所述偏心轮机构的偏心轮10紧贴在弹性钢尺机构的弹性钢尺9上，弹性钢尺机构的下端面固设探针机构；所述肌电信号采集放大装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，其特征在于：包括可调力触觉激励装置和肌电信号采集放大装置，所述可调力触觉激励装置包括用于发送脉冲并带动偏心轮转动的交流电机机构、用于产生弹性形变的弹性钢尺机构、用于产生力数据的偏心轮机构和用于产生竖直方向上位移以改变刺激生物体表皮的探针机构，所述交流电机机构与偏心轮机构固连，所述偏心轮机构的偏心轮（10）紧贴在弹性钢尺机构的弹性钢尺（9）上，弹性钢尺机构的下端面固设探针机构；所述肌电信号采集放大装置包括前级放大电路（15），其输入端接收人体表面的肌电信号，其输出端依次通过四阶低通滤波电路（16）、50Hz工频陷波电路、后级放大电路（17）和电平抬升电路与低功耗微控制器的输入端相连，低功耗微控制器通过无线蓝牙模块与STM32微控制器无线通讯。

【技术特征摘要】
1.一种同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，其特征在于：包括可调力触觉激励装置和肌电信号采集放大装置，所述可调力触觉激励装置包括用于发送脉冲并带动偏心轮转动的交流电机机构、用于产生弹性形变的弹性钢尺机构、用于产生力数据的偏心轮机构和用于产生竖直方向上位移以改变刺激生物体表皮的探针机构，所述交流电机机构与偏心轮机构固连，所述偏心轮机构的偏心轮（10）紧贴在弹性钢尺机构的弹性钢尺（9）上，弹性钢尺机构的下端面固设探针机构；所述肌电信号采集放大装置包括前级放大电路（15），其输入端接收人体表面的肌电信号，其输出端依次通过四阶低通滤波电路（16）、50Hz工频陷波电路、后级放大电路（17）和电平抬升电路与低功耗微控制器的输入端相连，低功耗微控制器通过无线蓝牙模块与STM32微控制器无线通讯。2.根据权利要求1所述的同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，其特征在于：所述交流电机机构包括交流电机（13）和电机驱动器，所述偏心轮机构由偏心轮（10）、轴套（4）和延长轴（5）组成，所述偏心轮（10）通过紧固螺栓与轴套（4）相连，轴套（4）通过紧固螺栓与延长轴（5）相连，延长轴（5）通过紧固螺栓与交流电机（13）的电机输出轴轴连。3.根据权利要求1所述的同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，其特征在于：所述弹性钢尺机构包括弹性钢尺（9）、X轴方向微调装置（3）、Y轴方向微调装置（8）和上支撑板（1），所述弹性钢尺（9）和上支撑板（1）均为水平布置，所述上支撑板（1）位于弹性钢尺（9）的上方，所述上支撑板（1）通过铁质支撑柱（2）固定在钢制底板（7）上，上支撑板（1）向下通过紧固螺钉固定安装X轴方向微调装置（3），X轴方向微调装置（3）向下通过紧固螺钉固定安装Y轴方向微调装置（8），Y轴方向微调装置（8）通过紧固螺钉固定在弹性钢尺（9）上，所述弹性钢尺（9）向下固定探针机构。4.根据权利要求1或3所述的同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，其特征在于：所述探针机构包括压力传感器（12）和探针（11），压力传感器（12）通过紧固螺丝固定在弹性钢尺（9）的末端上，压力传感器（12）的测力方向与弹性钢尺（9）的振动方向一致，探针（11）粘贴在压力传感器（12）上，所述压力传感器（12）的输出端与STM32微控制器的输入端相连，STM32微控制器的输出端与PC上位机的输入端相连。5.根据权利要求2所述的同步检测触觉刺激力和肌电信号的触觉检测装置，其特征在于：所述交流电机（13）的外表面包裹防电磁材料（6）,所述交流电机（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旻，周树亮，王慧，张强，黄英良，孙玉苹，宋全军，双丰，高理富，葛运建，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34