FMG假手的信号处理系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种FMG假手的信号处理系统，力敏传感器采集皮肤表面的压力特征，采集信号进入前置预处理电路进行转换、放大和滤波，处理后的信号进入自调节电路进行程控放大，放大后的信号进入MSP430微控制器，微控制器处理信号后反馈信号回对自调节电路进行自调节，同时微控制器输出信号通过光耦隔离电路后到驱动与保护电路对假手执行机构进行控制。通过实验验证，该假手能够通过微控制器很好地实现FMG信号放大倍数的自动调节，从而达到实时调节。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种控制系统，特别涉及一种FMG假手的信号处理系统。
技术介绍
脑产生活动信号经神经传导至前臂，在肌肉表面产生电信号的同时肌肉形状将发生变化，尤其在四肢处，肌肉膨胀和收缩在表面变化十分明显。其主要特点有信号幅值大； 平稳性好；抗干扰能力强等。FMG信号的幅度大且平稳性好，是一种低通信号，因此，FMG信号作为假手控制源存在一定的优势。相较而言，肌电信号由于其内在特性，如宽频带、低电压放大等，使其在控制低频活动的电子假肢时存在困难；另外还受其他一些外在因素影响， 例如肌肉疲劳、皮肤潮湿等。因此，探索新的信号源控制是假手技术的一个重要发展方向。2003年美国New Jersey大学的Manjuladevi KUTTUVA等研究人员提出了用8枚 FSR(force sensitive resistor)传感器采集信号来控制虚拟假手完成指定的动作；2005 年Sam L.Phillip等验证了残端压力特征(residual kinetic images, RKIs )作为多自由度仿生假肢控制的可能性；哈尔滨工业大学用16个FSR传感器实现了 33种手部姿势的识别等。由于使用者的差异性，FMG信号幅值可能不同，对同一个使用者而言，由于疲劳等因素的影响，FMG幅值也可能不同，因此，有必要专利技术一种新的信号处理系统，使FMG信号放大倍数可以根据肌肉力的强度自动调整，给使用者带来方便。
技术实现思路
本技术是针对现在假肢控制存在的不足的问题，提出了一种FMG假手的信号处理系统，实现假手放大倍数自动调节。本技术的技术方案为一种FMG假手的信号处理系统，包括力敏传感器、前置预处理电路、自调节电路、MSP430微控制器、光耦隔离电路、驱动与保护电路及执行机构，力敏传感器采集皮肤表面的压力特征，采集信号进入前置预处理电路进行转换、放大和滤波， 处理后的信号进入自调节电路进行程控放大，放大后的信号进入MSP430微控制器，微控制器处理信号后反馈信号回对自调节电路进行自调节，同时微控制器输出信号通过光耦隔离电路后到驱动与保护电路对假手执行机构进行控制。所述前置预处理电路的放大器采用放大器LM324 ；自调节电路由放大器LM324 和⑶4051多路模拟开关构成；微处理器选用MSP430F149芯片；光耦隔离电路光耦选用 TLP2530 ；驱动与保护电路中电机驱动芯片选择L298N。本技术的有益效果在于本技术一种FMG假手的信号处理系统，通过对进入微控制器的FMG信号方差大小的判别，对程控放大电路的放大倍数进行相应的调整， 从而使放大后的FMG信号方差处在一定的范围内。通过实验验证，该假手能够通过微控制器很好地实现FMG信号放大倍数的自动调节，从而达到实时调节。附图说明图1为本技术FMG假手的信号处理系统结构框图；图2为本技术FMG假手的信号处理系统中自调节电路图。具体实施方式如图1所示，本技术放大倍数自调节的FMG信号假手，包括力敏传感器1、前置预处理电路2、自调节电路3、MSP430微控制器4、光耦隔离电路5、驱动与保护电路6及执行机构7。本实施方案的前置预处理电路的放大器采用放大器LM324 ；自调节电路3由放大器LM3M和CD4051多路模拟开关构成；微处理器选用MSP430F149芯片；光耦选用TLP2530 ； 电机驱动芯片选择L298N。由力敏传感器1采集皮肤表面的压力特征，进入前置预处理电路2，完成信号转换、放大和滤波，处理后的信号进入自调节电路3进行程控放大，放大后的信号进入MSP430 微控制器4，由微控制器4对FMG信号方差大小进行判别，根据判别结果对放大倍数进行自调节，此外，微控制器还要输出信号通过光耦隔离电路5后到驱动与保护电路6对假手执行机构7进行控制，最终实现假手的控制。图2中的程控放大电路是由LM3M放大器和⑶4051多路选择开关组成。⑶4051 多路选择开关由三个二进制控制输入端A、B、C3位地址码决定开关接通的8个通道之一， INH为禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。电源端VEE作为电平位移使用，使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制多路开关。A、B、C3 位地址码分别连接到MSP430微控制器的PI. 0、P1. UPl. 2 口，由MSP430完成FMG信号方差大小的判别，对CD4051多路开关进行选通，实现放大倍数的调整。对FMG信号方差大小判断，关键在于区分FMG信号与干扰、根据判别结果确定程控放大倍数。具体实现方法如下由于FMG信号是以一种低通信号，具有平稳性好，幅值大，抗干扰性强等特点，所以，基本上不需要区分FMG信号与干扰。信号方差大小的判别主要是判断FMG信号方差是否过大或过小， 如果是，则相应的调整程控电路的放大倍数。设FMG信号动作发生阈值为 S13 (S0 >0)，上限信号阈值为忌m。选取10个采样点的幅值巧为一组，用10个采样点的均值&代替这10个采样点的值，第 组信号幅值为^G = H、n)，则信号平均值、方差的计算公式如下(1):本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＦＭＧ假手的信号处理系统，其特征在于，包括力敏传感器（１）、前置预处理电路（２）、自调节电路（３）、ＭＳＰ４３０微控制器（４）、光耦隔离电路（５）、驱动与保护电路（６）及执行机构（７），力敏传感器（１）采集皮肤表面的压力特征，采集信号进入前置预处理电路（２）进行转换、放大和滤波，处理后的信号进入自调节电路（３）进行程控放大，放大后的信号进入ＭＳＰ４３０微控制器（４），微控制器（４）处理信号后反馈信号回对自调节电路（３）进行自调节，同时微控制器输出信号通过光耦隔离电路（５）后到驱动与保护电路（６）对假手执行机构（７）进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种FMG假手的信号处理系统，其特征在于，包括力敏传感器(1)、前置预处理电路 (2)、自调节电路(3)、MSP430微控制器(4)、光耦隔离电路(5)、驱动与保护电路(6)及执行机构(7)，力敏传感器(1)采集皮肤表面的压力特征，采集信号进入前置预处理电路(2)进行转换、放大和滤波，处理后的信号进入自调节电路(3)进行程控放大，放大后的信号进入 MSP430微控制器(4)，微控制器(4)处理信号后反馈信号回对自调节电路(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盼盼，喻洪流，何荣荣，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31