基于肌电信号控制的手臂助力器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于肌电信号控制的手臂助力器及其控制方法；包括固定部分、检测部分、控制部分、动力系统和电源部分；固定部分包括大臂固定板、大臂固定环、小臂固定板、小臂固定环、肩部固定带和腰部固定带；检测部分包括三片电磁贴片，分别为电磁贴片一、电磁贴片二和电磁贴片三；控制部分包括开发板、Muscle Sensor电路板和电机控制板；电源部分用于供电；本发明专利技术采用了肌电信号检测模块，能及时检测人体肱二头肌与肱三头肌附近收缩发出的表层肌电信号，协助完成人体相应动作；并能判断人的意图，穿戴方便，能适应不同人群的需要。

Arm booster based on EMG signal control and control method thereof

The invention relates to a booster arm EMG control and its control method based on; comprises a fixing part, a detection part, control part, power system and power supply part; the fixing part comprises a fixed plate, arm arm fixing ring, arm fixing plate, a fixing ring, a small arm shoulder fixing belt and a waist fixing belt; detection the three part includes electromagnetic patch, respectively, a two electromagnetic electromagnetic patch patch and electromagnetic patch three; the control part comprises a development board, Muscle Sensor circuit board and motor control board; power supply for power supply; the invention adopts the EMG signal detection module can detect the surface EMG signals of human biceps and triceps contraction near a, assist to complete the corresponding action of the human body; and to determine the intent of the person, easy to wear, can adapt to the needs of different groups of people.

【技术实现步骤摘要】
基于肌电信号控制的手臂助力器及其控制方法
：本专利技术涉及一种基于肌电信号控制的手臂助力器及其控制方法。
技术介绍
：人们在生活中有时不免去搬动一些较重的东西，而这些我们费力搬起的东西往往对我们的手臂，脊椎，以及腰部带来极大的损伤，特别是那些需要经常搬动重物的工人们，往往在中年时就落下一身的疾病。随着科技的不断发展，更多人们很快关注到这些方面，人体外骨骼应运而生，他可以通过被在背部的液压装置帮助人将重物提升起来，大大减轻人所需要的手臂力气，但是纯机械的设备必然有他的不足之处(图9)，主要体现在(1)机械设计反应不够灵敏，无法及时反馈人体需要进行的动作，减缓人们的运动效率。(2)因人体体型不同，使用人群受限制。(3)液压传动装置背在背部太过沉重与不方便，增加了人体背部的负荷，并不利于人体的运动。
技术实现思路
：为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于肌电信号控制的手臂助力器及其控制方法。本专利技术采取的技术方案是：一种基于肌电信号控制的手臂助力器，包括固定部分、检测部分、控制部分、动力系统和电源部分。所述固定部分包括大臂固定板、大臂固定环、小臂固定板、小臂固定环、肩部固定带和腰部固定带。大臂固定板与小臂固定板通过双向轴承进行连接；大臂固定环通过紧定螺母安装在大臂固定板另一端；小臂固定环紧定螺母可活动设置在小臂固定板另一端；大臂固定环和小臂固定环的直径大小均可调；肩部固定带一端通过肩带固定螺母孔固定在大臂固定板4上端，另一端绕过肩部与位于臀部偏上处的腰部固定带可活动连接。所述检测部分包括三片电磁贴片，分别为电磁贴片一、电磁贴片二和电磁贴片三；电磁贴片一和电磁贴片二间距5cm沿手臂伸直方向贴在手臂肱二头肌上；电磁贴片三贴在手臂肱三头肌上；三片电磁贴片与MuscleSensor电路板通过导线连接；三片电磁贴片用于检测手臂肌电信号，并将信号传递到MuscleSensor电路板。所述的控制部分包括开发板、MuscleSensor电路板和电机控制板。开发板接收MuscleSensor电路板传回的信号，使能电机控制板控制电动推拉杆的伸缩。所述动力系统为电动推拉杆。所述电动推拉杆两端分别通过推拉杆大臂固定螺母孔和推拉杆小臂固定螺母孔连接大臂固定板和小臂固定板，起到牵引手臂运动的作用。所述电源部分用于供电；电源模块包括12V镍氢电池、两块9V无汞碳性电池和12伏转5伏转压模块；12V镍氢电池用于为电动推拉杆供电；两块9V无汞碳性电池为MuscleSensor电路板供电；12伏转5伏转压模块用于为开发板供电。电磁贴片一和电磁贴片二用于检测人体肱二头肌和电磁贴片三检测肱三头肌附近收缩信号，然后通过MuscleSensor电路板反馈到开发板中进行样本分析与计算，再由开发板使能电机控制板使能推拉杆牵引手臂提起重物，起到助力作用，而且减少设备反应时间。本专利技术还涉及一种基于肌电信号手臂助力控制方法，步骤如下：第一步：第一次佩戴时(如果为第二次穿戴，直接从第三步开始)，将电磁贴片一和电磁贴片二相距5厘米沿手臂伸直方向贴在手臂肱二头肌上，电磁贴片三贴在手臂肱三头肌上；打开电源开关，开发板开始工作，弯曲手臂至极限位置，约两秒后展开，期间开发板采样次。第二步：导线将电磁贴片检测到的肌电信号传递到MuscleSensor电路板，然后反馈到开发板模拟引脚，开发板中存储有手臂助力控制参数(可根据现有技术编程)。第三步：将腰部固定带固定在臀部偏上位置，大臂固定环通过紧定螺母安装在大臂固定板另一端；小臂固定环紧定螺母可活动设置在小臂固定板另一端；根据不同人群手臂长短、粗细调整小臂固定环的位置并调整其松紧度以固定在小臂上；所述的双向轴承与手臂肘关节相对，同时调整大臂固定环的松紧度，使其紧固在大臂上，将肩部固定带一端通过肩带固定螺母孔固定在大臂固定环上。另一端向后绕过肩部固定在腰部固定带上，使人在站直状态下肩部有轻微的压力感。第四步：手臂稍稍用力，电磁贴片采集到人体肱二头肌与肱三头肌表层肌电信号，通过导线传递到开发板的模拟引脚。第五步：开发板接收到信号后,通过电机控制板控制电动推拉杆进行伸缩，电动推拉杆带动小臂向上抬起，直到电动推拉杆到达底端；反之，如果伸开小臂，则电动推拉杆伸长，带动小臂放下。重复以上过程。所述的手臂助力控制参数为：第一次弯曲手臂的过程中采样二十次，分别计为X1-X20；设肌电信号强度比对量为D：D＝∑(X1-X20)/20；设备运行过程中开发板模拟引脚接受数据为Y；收缩信号手臂抬起：Y≥D；放松信号手臂放下：Y<D；本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用了肌电信号检测模块，可以及时检测人体肱二头肌与肱三头肌附近收缩发出的表层肌电信号，并判断人的意图，协助完成人体相应动作，反映灵敏。(2)本专利技术使用前可自行根据不同人体状况调整控制参数，能适应不同人群的需要。(3)本专利技术将现有液压装置改为电控，大大减少设备对人体多余的负荷。本专利技术质量轻，穿戴方便，没有人群限制，可应用性强，效果明显，便于推广应用。附图说明：图1：本专利技术俯视图图2：本专利技术主视图图3：电磁贴片位置展示图4：手臂助力器工作原理图图5：手臂受力分析图图6：小臂受力分析图图7：本专利技术佩戴效果图一图8：本专利技术佩戴效果图二图9：现有液压助力设备图中：1紧定螺母、2肩带固定螺母孔、3推拉杆大臂固定螺母孔、4大臂固定板、5推拉杆小臂固定螺母孔、6小臂固定板、7电动推拉、8大臂固定环、9轴承端盖、10双向轴承、11小臂固定环、12、电磁贴片一、13电磁贴片二、14电磁贴片三。具体实施方式：以左臂为例：第一步：第一次佩戴时(如果为第二次穿戴，直接从第三步开始)，将电磁贴片一12和电磁贴片二13相距5厘米沿手臂伸直方向贴在手臂肱二头肌上，电磁贴片三14贴在手臂肱三头肌上；打开电源开关，开发板开始工作，弯曲手臂，约两秒后展开。第二步：导线将电磁贴片检测到的肌电信号传递到开发板模拟引脚，开发板进行分析计算，重置内部数据。第三步：将腰部固定带固定在臀部偏上位置，大臂固定环8通过紧定螺母1安装在大臂固定板4另一端；小臂固定环11紧定螺母1可活动设置在小臂固定板6另一端；根据不同人群手臂长短、粗细调整小臂固定环11的位置并调整其松紧度以固定在小臂上；所述的双向轴承10与手臂肘关节相对，同时调整大臂固定环8的松紧度，使其紧固在大臂上，将肩部固定带一端通过肩带固定螺母孔2固定在大臂固定环8上。另一端向后绕过肩部固定在腰部固定带上，使人在站直状态下肩部有轻微的压力感。第四步：打开放在腰部盒子里的电源开关，机器开始运行。第五步：手臂稍稍用力，这时传导线上的贴片采集到人体肱二头肌与肱三头肌表层肌电信号，通过传导线传递到开发板的模拟引脚。第六步：开发板接收到信号后,通过数字引脚使能电机控制板，然后由数字引脚控制推拉杆进行伸缩，推拉杆带动小臂向上抬起，抬到一定角度后，数字引脚置低，退出使能状态，如果继续用力，推拉杆则继续向上运动，直到推拉杆到达底端，若一直在用力中推拉杆则保持位置不发生变化，如果想放下，开发板模拟引脚检测到人体表层电流变化，数字引脚拉高进行使能，然后推拉杆伸长，将小臂放下。接下来重复以上过程。为防止在放下小臂的过程中受伤，本专利技术做了分段处理，从而防止发生由于重物放下太快损伤人事情的发生。经过磨合之后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于肌电信号控制的手臂助力器，其特征在于包括固定部分、检测部分、控制部分、动力系统和电源部分；所述固定部分包括大臂固定板、大臂固定环、小臂固定板、小臂固定环、肩部固定带和腰部固定带；大臂固定板与小臂固定板通过双向轴承进行连接；大臂固定环通过紧定螺母安装在大臂固定板另一端；小臂固定环紧定螺母可活动设置在小臂固定板另一端；大臂固定环和小臂固定环的直径大小均可调；肩部固定带一端通过肩带固定螺母孔固定在大臂固定板4上端，另一端绕过肩部与位于臀部偏上处的腰部固定带可活动连接；所述检测部分包括三片电磁贴片，分别为电磁贴片一、电磁贴片二和电磁贴片三；电磁贴片一和电磁贴片二沿手臂伸直方向贴在手臂肱二头肌上；电磁贴片三贴在手臂肱三头肌上；三片电磁贴片与Muscle Sensor电路板通过导线连接；三片电磁贴片用于检测手臂肌电信号，并将信号传递到Muscle Sensor电路板；所述的控制部分包括开发板、Muscle Sensor电路板和电机控制板；开发板接收MuscleSensor电路板传回的信号，使能电机控制板控制电动推拉杆的伸缩；所述动力系统为电动推拉杆；所述电动推拉杆两端分别通过推拉杆大臂固定螺母孔和推拉杆小臂固定螺母孔连接大臂固定板和小臂固定板，起到牵引手臂运动的作用；所述电源部分用于供电。...

【技术特征摘要】
1.一种基于肌电信号控制的手臂助力器，其特征在于包括固定部分、检测部分、控制部分、动力系统和电源部分；所述固定部分包括大臂固定板、大臂固定环、小臂固定板、小臂固定环、肩部固定带和腰部固定带；大臂固定板与小臂固定板通过双向轴承进行连接；大臂固定环通过紧定螺母安装在大臂固定板另一端；小臂固定环紧定螺母可活动设置在小臂固定板另一端；大臂固定环和小臂固定环的直径大小均可调；肩部固定带一端通过肩带固定螺母孔固定在大臂固定板4上端，另一端绕过肩部与位于臀部偏上处的腰部固定带可活动连接；所述检测部分包括三片电磁贴片，分别为电磁贴片一、电磁贴片二和电磁贴片三；电磁贴片一和电磁贴片二沿手臂伸直方向贴在手臂肱二头肌上；电磁贴片三贴在手臂肱三头肌上；三片电磁贴片与MuscleSensor电路板通过导线连接；三片电磁贴片用于检测手臂肌电信号，并将信号传递到MuscleSensor电路板；所述的控制部分包括开发板、MuscleSensor电路板和电机控制板；开发板接收MuscleSensor电路板传回的信号，使能电机控制板控制电动推拉杆的伸缩；所述动力系统为电动推拉杆；所述电动推拉杆两端分别通过推拉杆大臂固定螺母孔和推拉杆小臂固定螺母孔连接大臂固定板和小臂固定板，起到牵引手臂运动的作用；所述电源部分用于供电。2.如权利要求1所述的一种基于肌电信号控制的手臂助力器，其特征在于所述的电磁贴片一和电磁贴片二间距5cm。3.如权利要求1所述的一种基于肌电信号手臂助力控制方法，其特征在于步骤如下：第一步：第一次佩戴时，将电磁贴片一和电磁贴片二相...

【专利技术属性】
技术研发人员：明杨，宋月鹏，王硕，高东升，段晓倩，王征，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37