一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统技术方案

本实用新型专利技术属于康复辅具技术领域，涉及一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统。包括：电源模块，传感器调理模块，驱动控制模块，信号连接器以及控制系统外壳，其中，所述电源模块分别与传感器调理模块和驱动控制模块相连，所述传感器调理模块，和驱动控制模块通过信号连接器相连，所述电源模块，传感器调理模块，驱动控制模块，信号连接器均设于控制系统外壳内。本实用新型专利技术所述的驱动控制系统结构紧凑，重量轻，交互能力强，可以方便稳定地辅助前臂高位截肢患者完成智能假肢的连续操控，实现多种模式动作之间的自由切换。作之间的自由切换。作之间的自由切换。

【技术实现步骤摘要】
一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统


[0001]本技术属于康复辅具
，涉及一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统。

技术介绍

[0002]肢体残疾导致患者的生活和工作能力下降或丧失，进而使他们承受巨大心理压力。作为替代肢体的假肢能够帮助患者走出困境，复现他们的肢体运动能力。目前主流的智能假肢控制多以肌电操控技术为主，通过解析残肢末端的运动意图来实现对假肢动作的控制。然而，不同于下肢假肢系统，对于上肢的假肢而言，由于上肢操控动作的复杂多样，特别是在任务中往往需要手部动作和肘关节动作的协同进行，这大大增加了假肢系统灵活操控的难度。因此，如何方便有效的灵活操控成为假肢应用中最为实际的问题。
[0003]目前，市场上的智能假肢大多通过阈值来激活判断，采用两个通道的肌电信号切换来实现假肢的操控。然而，当截肢程度较高时，残留的肢体肌肉较少，有时前臂残肢无法支撑假肢装配需求，这时需增加外置肘关节操控自由度，来辅助完成假肢功能，由于残肢肌电信号源有限，这时智能假肢需要采用按键来进行模式切换，在不同模式操控前需按下模式切换开关来选择，这种切换方式不符合人体运动习惯，且操作复杂，难以实现假肢系统的快速激活，极大地影响了患者控制智能假肢手的时效性和易用程度。因此，从残肢肌电信号的采集，到信号的放大处理，再到运动意图的解码识别，完成假肢系统的自由操控，这样一个复杂的过程，需要一套智能有效的假肢控制系统，可供残疾人员便捷地对假肢进行控制，提高控制的效率及精确度，提高生活的便捷性。

技术实现思路

[0004]本技术目的是提供一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，解决了无法灵活操控假肢的问题。
[0005]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，包括：电源模块，传感器调理模块，驱动控制模块，信号连接器以及控制系统外壳，其中，所述电源模块分别与传感器调理模块和驱动控制模块相连，所述传感器调理模块和驱动控制模块通过信号连接器相连，所述电源模块、传感器调理模块、驱动控制模块、信号连接器均设于控制系统外壳内。
[0007]所述电源模块包括四组顺次连接的降压电路。
[0008]所述传感器调理模块由并联的3路肌电传感器和1路拉伸传感器组成。
[0009]所述肌电传感器包括顺次连接的肌电传感器电极，肌电传感器电极接口，分级放大电路，干扰抑制电路以及工频滤波电路，所述工频滤波电路通过信号连接器与驱动控制模块相连。
[0010]所述肌电传感器电极包括：检测电极，零位电极，参考电极，三个电极均与肌电传感器电极接口相连。
[0011]所述拉伸传感器包括顺次连接的拉伸传感器电极，拉伸传感器接口以及拉伸信号
处理单元，所述拉伸信号处理单元通过信号连接器与驱动控制模块相连。
[0012]所述拉伸传感器电极包括应变感应区，电极保护区以及传感器连接线，其中，所述应变感应区设于传感器连接线的一端，传感器连接线的另一端与拉伸传感器接口相连，所述电极保护区覆盖于应变感应区之上，使应变感应区贴合于皮肤表面。
[0013]所述驱动控制模块包括集成控制器以及分别与其连接的电机驱动器、模式选择单元、通信单元和A/D转换器，所述A/D转换器通过信号连接器分别与传感器调理模块中的工频滤波电路和拉伸信号处理单元相连。
[0014]所述通信单元包括分别与集成控制器连接的CAN通信电路和串口通信电路。
[0015]本技术具有以下有益效果及优点：
[0016]本技术提供了一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，该系统操作简单，易于用户学习，所使用的传感器便携舒适，穿脱方便，可实现假肢手、假肢肘关节的自然灵活操控，响应速度更快，任务操控更精准，尤其适用于前臂高位截肢患者的佩戴和使用。
附图说明
[0017]图1为本技术的假肢驱动控制系统安装结构图；
[0018]图2为本技术的假肢驱动控制系统原理框图；
[0019]图3为本技术的肌电传感器电极粘贴位置图；
[0020]图4为本技术的拉伸传感器电极结构及安装位置图；
[0021]图5为拉伸传感器与肘关节运动角度对比跟踪图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明。
[0023]为使本技术的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但本技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0024]需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0026]如图1所示是本技术的假肢驱动控制系统安装结构图。
[0027]一种适用于前臂高位截肢的假肢驱动控制系统，包括以下部分：
[0028]电源模块1，传感器调理模块2，以及驱动控制模块3，信号连接器4，控制系统外壳5组成。其中，电源模块1为传感器调理模块2和驱动控制模块3供电；传感器调理模块2与驱动控制模块3通过信号连接器4相连接，传感器调理模块2用于检测残肢末端的运动信息；驱动控制模块3用于完成整个假肢系统的集成控制；信号连接器4为硬质材料，在起到信号传导
作用的同时又起到固定作用，增强假肢运动时控制系统的稳定性；控制系统外壳5用于安装固定各系统模块，起到保护作用，同时外壳表面喷涂导电漆，以屏蔽外界的电磁干扰。
[0029]如图2所示是本技术的假肢驱动控制系统原理框图；
[0030]所述电源模块1包含四组DC
‑
DC降压电路，分别稳定输出+8.5V，+5V，+3.3V以及
‑
5V直流电压，其中，+8.5V输出电流为3A，用于假肢系统各关节电机供电，
‑
5V电路采用反向电荷泵转换器搭建，为系统中双极性供电的芯片提供负电压。同时，所述电源模块1可适应宽电压供电，供电范围为3.4V～42V。
[0031]所述传感器调理模块2，包含3路肌电传感器以及1路拉伸传感器，3路肌电传感器组成完全相同，且各路肌电传感器以及拉伸传感器之间独立工作，传感器输入端直接与传感器电极连接，并直接作用于人体残肢末端连接，传感器输出端与驱动控制模块连接。其中肌电传感器由肌电传感器电极2
‑
1，肌电传感器电极接口2
‑
2，分级放大电路2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，其特征在于，包括：电源模块(1)，传感器调理模块(2)，驱动控制模块(3)，信号连接器(4)以及控制系统外壳(5)，其中，所述电源模块(1)分别与传感器调理模块(2)和驱动控制模块(3)相连，所述传感器调理模块(2)和驱动控制模块(3)通过信号连接器(4)相连，所述电源模块(1)、传感器调理模块(2)、驱动控制模块(3)、信号连接器(4)均设于控制系统外壳(5)内。2.根据权利要求1所述的一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，其特征在于，所述电源模块(1)包括四组顺次连接的降压电路。3.根据权利要求1所述的一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，其特征在于，所述传感器调理模块(2)由并联的3路肌电传感器和1路拉伸传感器组成。4.根据权利要求3所述的一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，其特征在于，所述肌电传感器包括顺次连接的肌电传感器电极(2
‑
1)，肌电传感器电极接口(2
‑
2)，分级放大电路(2
‑
3)，干扰抑制电路(2
‑
4)以及工频滤波电路(2
‑
5)，所述工频滤波电路(2
‑
5)通过信号连接器(4)与驱动控制模块(3)相连。5.根据权利要求4所述的一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，其特征在于，所述肌电传感器电极(2
‑
1)包括：检测电极(2
‑1‑
1)，零位电极(2
‑1‑
2)，参考电极(2
‑1‑
3)，三个电极均与肌电传感器电极接口(2
‑
2)相连。6.根据权利要求3所述的一种前臂高位截肢假肢驱动控制系统，其特征在于，所述拉伸传感器包括顺次连接的拉伸传感器电极(2
‑
6)，拉伸传感器接口(2
‑
7)以及拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵新刚，徐壮，张弼，赵明，姚杰，李纪桅，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：