專利名稱：具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種人體的假肢，更具體地說，它涉及一種具有感知冷熱
和觸滑覺的智能，i月支系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)傷殘人士來說，老式假肢在很大程度上只是一種擺設(shè)，不能傳遞任何感 覺信號(hào)。而智能假肢是通過信號(hào)對(duì)手臂殘端不同區(qū)域的刺激，通過正常的神經(jīng) 通道將冷熱感和觸滑覺反饋給大腦，傷殘者能感覺到來自手腕、手掌和手背的 不同感覺，享受到久違的冷熱和觸滑感覺。對(duì)傷殘人士康復(fù)治療、日常生活有 很重要的意義。
對(duì)于智能假肢系統(tǒng)的研究，目前國(guó)內(nèi)外都取得了顯著成就，已經(jīng)有很多人 ^:了這方面的工作。主要有以下幾個(gè)方面
1. 具有多個(gè)活動(dòng)的關(guān)節(jié)；
2. 增加各種感覺傳感器，尤其是觸覺和滑覺傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀物體的 自適應(yīng)4爪??；
3. 使整體系統(tǒng)重量輕，體積小，簡(jiǎn)單可靠；
4. 高度集成的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)；
5. 高性能的肌電的假肢接口系統(tǒng)。
但是還有很多不足和需要改進(jìn)的方面。首先是造價(jià)昂貴， 一般傷殘人士無 力承擔(dān)；感覺不靈敏，反應(yīng)不迅速；抗干擾能力不強(qiáng)，常常有誤動(dòng)作發(fā)生，給 傷殘人士在某些場(chǎng)合造成很大尷尬。尤其是國(guó)內(nèi)目前具有感知冷熱的智能復(fù)肢 未見實(shí)用方面的^t艮道。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了 一 種具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是釆用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的具有感知 冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)包括有溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分和觸滑覺信 號(hào)采集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分。
所述的溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分包括有型號(hào)為AD590的溫度傳感器、 信號(hào)調(diào)理電路、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器、型號(hào)為89S51的單片機(jī)和制冷 制熱片。
型號(hào)為AD590的溫度傳感器的輸入與輸出端和信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連 接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器的,引腳電連接，型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器和型號(hào)為89S51的單片機(jī)之間采用查詢方式連接, 型號(hào)為89S51的單片機(jī)和制冷制熱片電連接。
所述的觸滑覺信號(hào)采集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分包括有觸滑覺傳感器、電 荷放大電路、濾波電路、型號(hào)為89S51的單片機(jī)、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化 器和肌電電極。
觸滑覺傳感器、電荷放大電路、濾波電路、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器 和型號(hào)為89S51的單片機(jī)依次電連接，型號(hào)為89S51的單片機(jī)的輸出端和肌電 電極輸入端電連接。
技術(shù)方案中所述的型號(hào)為AD590的溫度傳感器的輸入與輸出端和信號(hào)調(diào)理 電路的輸入端電連接是指型號(hào)為AD590的溫度傳感器的輸出端和第一可變電 阻與2號(hào)電阻依次電連接，型號(hào)為AD590的溫度傳感器的輸出端同時(shí)和第二電 壓跟隨器的正極端電連接，第二電壓跟隨器的輸出端通過8號(hào)電阻和放大器 的正極端電連接，放大器的輸出端和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器的i^O—引腳電 連接，型號(hào)為AD590的溫度傳感器的輸入端和3號(hào)電阻與第二可變電阻依次電 連接，3號(hào)電阻與第二可變電阻連接點(diǎn)和第一電壓跟隨器的正極端電連接，第 一電壓跟隨器的輸出端通過5號(hào)電阻和放大器的負(fù)極端電連接；所述的型號(hào)為 ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器和型號(hào)為89S51的單片機(jī)之間采用查詢方式連接是指 型號(hào)為89S51的單片機(jī)的阪引腳和P2.7引腳經(jīng)過一級(jí)或非門后與型號(hào)為 ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器的^TX^T和XEI引腳電連接。型號(hào)為89S51的單片機(jī)的:巧 引腳和P2. 7引腳經(jīng)過一級(jí)或非門后與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器的;:元引腳 電連接。型號(hào)為89S51的單片機(jī)的XIi引腳經(jīng)分頻器與型號(hào)為A訓(xùn);09的A./:〕 轉(zhuǎn)化器的CLK引腳電連接。型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器的DO至D7引腳與數(shù) 據(jù)總線電連接。所述的連接型號(hào)為89S51的單片機(jī)和制冷制熱片電連接是指 型號(hào)為89S51的單片^/L的Pl. 0、 Pl.l、 Pl. 2和Pl. 3引腳與制冷制熱片的輸入 端電連接；所述的觸滑覺傳感器和電荷放大電路電連接是指觸滑覺傳感器的 一端和型號(hào)為AD54札的運(yùn)算放大器的正極端電連接并接地，觸滑覺傳感器的另 一端通過電阻和型號(hào)為AD54札的運(yùn)算放大器的負(fù)極端電連接；所述的電荷放大 電路和濾波電路電連接是指電荷放大電路的V02端和濾波電路的Vi端電連接； 所述的濾波電路和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器電連接是指濾波電路的Vo端 和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器的麗引腳電連接；所述的型號(hào)為89S5]的單, 機(jī)的輸出端和肌電電極輸入端電連接是指型號(hào)為89S51的單片機(jī)的Pl. &洳 Pl. 5引腳與肌電電極輸入端電連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是
1.本實(shí)用新型所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)功能基本齊 全，感應(yīng)速度足夠快，體積小，價(jià)格便宜；2.本實(shí)用新型所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)使傷殘者重 現(xiàn)能夠感知到物體冷熱和觸:f莫到物體的真實(shí)的臨場(chǎng)感覺。以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明


圖1是具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)應(yīng)用在上肢的結(jié)構(gòu)原理示意 框圖2是具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)的溫度信號(hào)采集、調(diào)理電路 的電原理圖3是具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)的觸、滑覺信號(hào)采集，與理 部分的結(jié)構(gòu)原理示意框圖4是具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)中單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)化器逸,接 關(guān)系和進(jìn)行信號(hào)處理的電原理圖5是具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)應(yīng)用在下肢的結(jié)構(gòu)原理示意 框圖6是應(yīng)用在具有觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)中的電荷放大電路； 圖7是應(yīng)用在具有觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)中的濾波電路；
圖中l(wèi).觸滑覺傳感器(PVDF), 2.溫度傳感器，3.肌電電極，4.信號(hào)調(diào)埕 電路，5.電荷放大電路，6.制冷制熱片，7.濾波電路，8.假肢手，9.單片扭.， 10. A/D轉(zhuǎn)化器,ll.假肢腿，12.分頻器，Rl-R26. l號(hào)電阻--26號(hào)電阻, C10. l號(hào)電容-10號(hào)電容，LM358.運(yùn)算放大器，Rpl.電位器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述
參閱
圖1至圖4,本實(shí)用新型所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系 統(tǒng)，旨在通過選取溫度傳感器、觸滑覺傳感器、單片機(jī)和優(yōu)化的信號(hào)調(diào)理電灘-， 使傷殘者通過假肢手指、腳趾和腳掌等部位觸及到物體，讓傷殘者在肢體殘端 重新享受久違的感知溫度、觸摸和物體滑動(dòng)的感覺。該系統(tǒng)包括溫度數(shù)據(jù)采集 與溫度處理部分和觸滑覺信號(hào)采集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分。
溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分包括有型號(hào)為AD590的溫度傳感器2、信號(hào) 調(diào)理電路4、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10、型號(hào)為89S51的單片機(jī).9和半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制冷制熱片6。其中型號(hào)為AD590的溫度傳感器2為靈敏度極高的 溫度傳感器，型號(hào)為AD590的溫度傳感器2的輸入與輸出端(正、負(fù)擬.端) 信號(hào)調(diào)理電路4的輸入端電連接，型號(hào)為AD590的溫度傳感器2的輸出信號(hào)經(jīng) 信號(hào)調(diào)理電路4即差分放大電路后輸入型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的麗5 腳。型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10和型號(hào)為89S51的單片機(jī)9采用查詢方式 連接。轉(zhuǎn)化后的信號(hào)經(jīng)型號(hào)為89S51的單片機(jī)9處理后實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷制熱片6的控制。
型號(hào)為AD590的溫度傳感器2的輸入與輸出端(正、負(fù)極端)和信號(hào)訴理 電路的輸入端電連接。確切地說，型號(hào)為AD590的溫度傳感器2的輸出端i':負(fù) 極端)和第一可變電阻R1與2號(hào)電阻R2依次電連接，2號(hào)電阻R2的另一端接 地；型號(hào)為AD590的溫度傳感器2的輸出端(負(fù)極端)同時(shí)和第二電壓跟隨器 U2的正極端5電連接，第二電壓跟隨器U2的輸出端7通過8號(hào)電阻同時(shí)-] 第四可變電阻R9的一端與放大器U3的正極端5電連接，第二電壓跟隨器的 輸出端7同時(shí)和第二電壓跟隨器U2的負(fù)極端6電連接。放大器U3的輸出端7 同時(shí)和10號(hào)電阻R10的一端、7號(hào)電阻R7的一端與型號(hào)為ADC0809的A/1)轉(zhuǎn) 化器10的^引腳電連接，10號(hào)電阻Rl0的另一端和第四可變電阻R9的另一 端電連接，7號(hào)電阻R7的另一端和第三可變電阻R6的一端電連接，第三可變 電阻R6的另一端和放大器U3的負(fù)極端6電連接。型號(hào)為AD590的溫度傳感器 2的輸入端(正極端)和3號(hào)電阻R3與第二可變電阻R4依次電連接，型號(hào)為 AD590的溫度傳感器2的輸入端(正極端)同時(shí)和7. 2 V的電源正極端連接，3 號(hào)電阻R3與第二可變電阻R4同時(shí)和第一電壓跟隨器Ul的正極端5電連接，第 一電壓跟隨器Ul的輸出端7通過5號(hào)電阻R5和放大器U3的負(fù)極端6電運(yùn)接、 第一電壓跟隨器Ul的輸出端7同時(shí)和第一電壓跟隨器U1的負(fù)極端6電連接。
參閱圖2與圖4,型號(hào)為AD590的溫度傳感器2流過的電流與熱力學(xué)溫度 成正比，電流變化lmA,相當(dāng)于溫度變化1K,當(dāng)?shù)谝豢勺冸娮鑂l與2號(hào)電阻 R2的阻值和為10K,理論上溫度每變化1K，電壓變化0. 01V ，但由于型號(hào)為AD590 的溫度傳感器2的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整 的方法為把型號(hào)為AD590的溫度傳感器2放于冰水混合物中，調(diào)整第一可變 電阻Rl，使V0=2. 732V; 3號(hào)電阻R3和第二可變電阻R4組成的電路中使第二 可變電阻R4所分電壓為2. 532V，之后此電壓信號(hào)與從型號(hào)為AD590的溫座傳 感器2輸出的電壓都經(jīng)第一電壓跟隨器Ul和第二電壓跟隨器U2輸入差分故大 電路的放大器U3的兩級(jí)，2. 532V輸入放大器U3的負(fù)極6,另一信號(hào)輸入放大 器U3的正極5;第三可變電阻R6與7號(hào)電阻R7阻值和與5號(hào)電阻R5的比值 等于第四可變電阻R9與10號(hào)電阻R10阻值和與8號(hào)電阻R8的比值，比值通過 調(diào)整第三可變電阻R6、第四可變電阻R9達(dá)到5.這樣差分放大電路的放大倍教 為5;差分;^文大電路的輸出端OUT連接(輸入)型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器 10的麗腳。型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10和型號(hào)為89S51的單片機(jī)9之.間 采用查詢方式連接。確切地說，型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的寂引腳和:P2. 7引 腳經(jīng)過一級(jí)或非門后與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的^TX^f和巧》:引腳電 連接。型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的E引腳和P2. 7引腳經(jīng)過一級(jí)或非門后與型 號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的涼引腳電連接。型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的:;工巨引腳經(jīng)分頻器12與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的CLK引腳電連接;型號(hào) 為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的DO至D7引腳與數(shù)據(jù)總線電連接。教據(jù)總線的一 端與型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的PO引腳連接，數(shù)據(jù)總線的另一端和型號(hào)為 74LS373的地址鎖存器相連接，型號(hào)為74LS373的地址鎖存器是保證型號(hào)為 ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器IO正常工作的自帶附件。
型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10是一種逐次逼近式8路;溪擬輸入和8位數(shù) 字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，共有28引腳，其中^引腳為輸出允許端，g^!S引 腳為啟動(dòng)信號(hào)輸入端，clk引腳為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化 器IO與型號(hào)為89S51的單片機(jī)9采用查詢方式連接；由于ADC片內(nèi)無時(shí)鐘使 用型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的XII端口經(jīng)分頻后連接到型號(hào)為ADC08(:)9的A./::〕 轉(zhuǎn)化器10的clk引腳；型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10具有輸出三態(tài)鎖存器， 其8位數(shù)據(jù)輸出引腳(即D0至D7引腳)直接與型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的凝 據(jù)總線相連。型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的地址譯碼引腳A、, EJ、.(:分別與 地址鎖存器的低三位AO、 Al、 A2引腳相連；將型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的P2. 7 引腳作為片選信號(hào)，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)化時(shí)，由型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的寫信號(hào) 引腳蔌和P2. 7引腳控制型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟 動(dòng)，由于XEI和^XST連在一起，因此型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器]()在鎖存 通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)引腳:5 和P2. 7引腳經(jīng)一級(jí)或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為5i引腳信號(hào)，用以打開三態(tài) 輸出鎖存器。
型號(hào)為89S51的單片機(jī)9和制冷制熱片6電連接是指型號(hào)為89S51的單巧 機(jī)9的Pl. 0、 Pl. 1、 Pl. 2和Pl. 3引腳與制冷制熱片6的輸入端電連接。
其中，溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分中所使用的型號(hào)為89S51的單片^ 9 如果選用型號(hào)為MSC-51系列的單片機(jī)都能夠滿足技術(shù)方案的要求，半導(dǎo)體的制 冷制熱片6, —般的原理都是一樣的，選擇性具有普遍適用性，即制冷制熱片5 型號(hào)很多，比如型號(hào)為TEC1-12705. 06的制冷制熱片就是其中之一。。
參閱圖3,觸滑覺信號(hào)釆集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分包括有觸滑覺傳感器 1、電荷放大電路5、濾波電路7、型號(hào)為89S51的單片機(jī)9、型號(hào)為M)C0809 的A/D轉(zhuǎn)化器10和月幾電電才及3。
觸滑覺傳感器l、電荷放大電路5、濾波電路7、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器 IO和型號(hào)為89S51的單片機(jī)9依次電連接，型號(hào)為89S51的單片機(jī)9的輸出端 和肌電電極3輸入端電連接。其中，觸滑覺傳感器1采用有4幾壓電材料聚偏二 氟乙烯(PVDF)制成，型號(hào)為89S51的單片機(jī)9和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化.器 10與溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分中所使用的是同一個(gè)單片機(jī)和A,/D轉(zhuǎn)化器， 單片機(jī)9選用型號(hào)為MSC-51系列的單片機(jī)皆能夠滿足技術(shù)方案的要求c觸滑覺傳感器1 (PVDF)的一端和電荷;改大電3各5中的型號(hào)為AD544L的運(yùn) 算放大器Al的正極端電連接并同時(shí)接地，觸滑覺傳感器1的另一端通過電阻 RB和型號(hào)為AD544L的運(yùn)算放大器Al的負(fù)極端電連接。電荷放大電路5的VD2 (輸出)端和濾波電路7的Vi (輸入)端電連接。濾波電路7的Vo (輸出)端 和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器10的麗引腳電連接。型號(hào)為89S51的單片機(jī) 9的Pl. 4和Pl. 5引腳和肌電電極3輸入端電連接。
參閱圖6,電荷放大電路是由兩級(jí)運(yùn)算放大器組成。第一級(jí)由型號(hào)為ADW4L 的低漂移、低失調(diào)運(yùn)算放大器組成，型號(hào)為AD544L的運(yùn)算放大器是美國(guó)AC公 司生產(chǎn)的精密低功率單片運(yùn)算放大器，輸入為電荷，輸出為電壓'，是一個(gè)；./V 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)有1N的力作用在PVDF壓電薄膜傳感器(觸滑覺傳感器1 )上時(shí)， 它產(chǎn)生的電壓，理論值為-O. 023V,即點(diǎn)和型號(hào)為AD544L的運(yùn)算;故大器的靈敏度 為 -0. 023V/N=-23mV/N
電荷放大電路的頻率響應(yīng)由反饋1號(hào)電容C1和反饋11號(hào)電阻Rll確定， 其低截止頻率為fo=l/2nRlCl=l. 6Hz 。電阻RB是型號(hào)為AD544L的運(yùn)算放大 器的過載保護(hù)電阻，避免型號(hào)為AD544L的運(yùn)算放大器的輸入過高而損壞。第二 級(jí)是一個(gè)由反向型號(hào)為OP07的運(yùn)算放大器組成的輸出調(diào)整放大器。型號(hào)為C'f'07 的運(yùn)算放大器為超低失調(diào)低漂移運(yùn)算放大器，共模抑制比為ll(MB。訴整電位 器Rpl可使閉環(huán)增益為-1至-2,因此，型號(hào)為OP07的運(yùn)算放大器的輸出靈敏 度為 -2* (-23mV/N) =46 mV/N
即在PVDF壓電薄膜傳感器上作用1N的力時(shí),這部分電路能輸出46mV的電壓。 參閱圖7，低通濾波器的頻率取值為100Hz-10kHz。 RC低通濾波器的電阻、 電容的取值由計(jì)算公式f-l/(2丌RC)得出，取電阻阻值為lk,電容值為IOOGPF。 研制過程中發(fā)現(xiàn)工頻干擾現(xiàn)象很嚴(yán)重，故采用50Hz的陷波電路。因此，濾波電 路7由低通濾波器和50Hz的陷波器組成。濾波的作用是濾去信號(hào)源中的高頻雜 波和工頻干擾。陷波器的部分參數(shù)為
f=l/(2 7iRC)-50Hz 、 R15-R16-2R17 、 C4=C5=C6/2
這個(gè)陷波器是一個(gè)Q(增益值)可調(diào)的陷波濾波器，即可用電位器夾調(diào)整帶寬。 可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)中心頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，被抑制的信號(hào)會(huì)稍微偏離陷波網(wǎng)絡(luò) 的零點(diǎn)，這時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)的Q值是有利的。這樣保證在輸入頻率的較寬范圍內(nèi)保 持衰減。該電路的Q值變化范圍為(0. 3- 50)。部分輸出信號(hào)經(jīng)第二個(gè)電壓跟:統(tǒng) 器反饋到R17和C6上，陷波網(wǎng)絡(luò)的Q值取決于反饋信號(hào)的總量。為了能使雙T 網(wǎng)絡(luò)受到低阻源的驅(qū)動(dòng)，第二個(gè)跟隨器是必要的。這樣陷波點(diǎn)的頻率和深度就 不會(huì)受到電位器設(shè)定情況的影響。壓控低通有源濾波器的截止頻率fo-79. 6fe, 放大倍數(shù)Aup-4 ， Q=l/(3-Aup)-l。
具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)是裝置在傷殘者的假上肢或假下肢上，更具體地說，觸滑覺傳感器1和溫度傳感器2粘貼在假手指肚或假腳趾肚 上，根據(jù)需要也可以粘貼在假手掌、假腳掌或其它部位上。制冷制熱片6和觸 滑覺傳感器1粘貼傷殘者的肢體殘端有感覺的皮膚上，其他的零部件放置在假 手臂或假腿內(nèi)。
具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)的工作原理
1. 具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)釆集與溫度處理翁分 直接通過溫度傳感器2采集溫度，采集的溫度信號(hào)經(jīng)差分放大及A/D轉(zhuǎn)化器10 的轉(zhuǎn)化之后再經(jīng)單片機(jī)9處理產(chǎn)生溫度控制信號(hào)，溫度控制信號(hào)輸送給制冷制 熱片6,使放置在傷殘者肢體殘端皮膚上的制冷制熱片6產(chǎn)生冷熱，使傷殘者 的月支體殘端產(chǎn)生冷熱的感覺。
2. 當(dāng)具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)的裝有采用PVDF薄膜制成的 觸滑覺傳感器1的假手手指接觸到物體時(shí)，PVDF薄膜由于受接觸階躍應(yīng)力的作 用，產(chǎn)生電荷信號(hào)，經(jīng)電荷放大電路5生成接觸覺信號(hào)。經(jīng)單片機(jī)9處理，在放 置在傷殘者肢體殘端皮膚上的肌電電極3上產(chǎn)生脈沖，即使傷殘者的肢^^殘端 產(chǎn)生接觸物體的感覺。當(dāng)物體相對(duì)于觸滑覺傳感器l表面(即PVDF材料表面) 滑動(dòng)時(shí)，摩擦力變化引起觸滑覺傳感器1表層(即PVDF材料表層)的誘導(dǎo)微振 動(dòng)，該誘導(dǎo)微振動(dòng)使PVDF薄膜產(chǎn)生交變電荷信號(hào)，經(jīng)電荷放大電路5生成滑覺 信號(hào)。經(jīng)單片機(jī)9處理，在放置在傷殘者肢體殘端內(nèi)的肌電電極3上產(chǎn)生脈沖， 使傷殘者的肢體殘端產(chǎn)生滑動(dòng)的感覺。
權(quán)利要求1.一種具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征是它包括有溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分和觸滑覺信號(hào)采集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分；所述的溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分包括有型號(hào)為AD590的溫度傳感器(2)、信號(hào)調(diào)理電路(4)、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)、型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)和制冷制熱片(6)；型號(hào)為AD590的溫度傳感器(2)的輸入與輸出端和信號(hào)調(diào)理電路(4)的輸入端電連接，信號(hào)調(diào)理電路(4)的輸出端(OUT)與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)的IN0引腳電連接，型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)和型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)之間采用查詢方式連接，型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)和制冷制熱片(6)電連接；所述的觸滑覺信號(hào)采集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分包括有觸滑覺傳感器(1)、電荷放大電路(5)、濾波電路(7)、型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)和肌電電極(3)；觸滑覺傳感器(1)、電荷放大電路(5)、濾波電路(7)、型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)和型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)依次電連接，型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)的輸出端和肌電電極(3)輸入端電連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征 是所述的型號(hào)為AD590的溫度傳感器(2 )的輸入與輸出端和信號(hào)調(diào)理電路i: 4 ) 的輸入端電連接是指型號(hào)為AD590的溫度傳感器(2)的輸出端和第一可變電阻(Rl )與2號(hào)電 阻(R2 )依次電連接，型號(hào)為AD590的溫度傳感器(2 )的輸出端同時(shí)和第二電 壓跟隨器(U2)的正極端(5)電連接，第二電壓跟隨器(U2)的輸出端i:7) 通過8號(hào)電阻(R8)和放大器(U3)的正極端(5)電連接，放大器(U3)的 輸出端(7)和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)的麗引腳電連接；型號(hào)為AD590的溫度傳感器(2)的輸入端和3號(hào)電阻(R3)與第二可變電 阻(R4)依次電連接，3號(hào)電阻(R3)與第二可變電阻(RO連接點(diǎn)和第一電 壓跟隨器(Ul)的正極端(5)電連接，第一電壓跟隨器(Ul)的輸出端i:7) 通過5號(hào)電阻(R5)和放大器(U3)的負(fù)極端(6)電連接。
3. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征 是所述的型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)和型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)之 間采用查詢方式連接是指型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9 )的阪引腳和P2, 7引腳 經(jīng)過一級(jí)或非門后與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)的^TXST和AT1引腳 電連接；型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)的B引腳和P2. 7引腳經(jīng)過一級(jí)或非門后 與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10)的涼引腳電連接；型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9 )的XII引腳經(jīng)分頻器(12 )與型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(1'3)的:,::LX 引腳電連接；型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10 )的DO至D7引腳與教i居總線 電連接。
4. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征 是所述的連接型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)和制冷制熱片(6)電連接是指型 號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)的Pl. 0、 Pl. 1、 Pl. 2和Pl. 3引腳與制冷制熱片(6) 的輸入端電連接。
5. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征 是所述的觸滑覺傳感器(1)和電荷放大電路(5)電連接是指觸滑覺傳感器(1)的一端和型號(hào)為AD544L的運(yùn)算放大器(Al)的正極端(+)電連接并接.地， 觸滑覺傳感器(1 )的另一端通過電阻(RB)和型號(hào)為AD544L的運(yùn)算放大器() 的負(fù)極端(-)電連接。
6. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其恃征 是所述的電荷放大電路(5 )和濾波電路(7 )電連接是指電荷放大電路(5:) 的V02端和濾波電路(7 )的Vi端電連4妄。
7. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征 是所述的濾波電路(7 )和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10 )電連接是指濾 波電路(7 )的Vo端和型號(hào)為ADC0809的A/D轉(zhuǎn)化器(10 )的7^'—引腳電逛接。
8. 按照權(quán)利要求1所述的具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)，其特征 是所述的型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)的輸出端和肌電電極(3)輸入端電逸接 是指型號(hào)為89S51的單片機(jī)(9)的Pl. 4和Pl. 5引腳與肌電電極(3)輸入 端電連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了具有感知冷熱和觸滑覺的智能假肢系統(tǒng)。該系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)采集與溫度處理部分包括有溫度傳感器(2)、信號(hào)調(diào)理電路(4)、A/D轉(zhuǎn)化器(10)、單片機(jī)(9)和制冷制熱片(6)。溫度傳感器(2)的輸入、輸出端和信號(hào)調(diào)理電路(4)輸入端電連接，信號(hào)調(diào)理電路(4)輸出端與A/D轉(zhuǎn)化器(10)的INO引腳電連接，A/D轉(zhuǎn)化器(10)和單片機(jī)(9)采用查詢方式連接，單片機(jī)(9)和制冷制熱片(6)電連接。該系統(tǒng)的觸滑覺信號(hào)采集處理及信號(hào)特征辨識(shí)部分包括有觸滑覺傳感器(1)、電荷放大電路(5)、濾波電路(7)、A/D轉(zhuǎn)化器(10)、單片機(jī)(9)和肌電電極(3)，它們依次電連接。該系統(tǒng)安裝在人體的假肢上。
文檔編號(hào)A61F2/50GK201370654SQ20092009322
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者微 吳, 孫令明, 岳喜勝, 康文煒, 張愛春, 李勇強(qiáng), 田彥濤, 趙曉京, 鑫 鄭, 陳萬忠 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)