智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统技术方案

智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，属于生物机电一体化领域，为解决现有电刺激反馈系统对肌电信号提取的干扰问题。包括交互控制器、多通道电刺激器和降干扰电刺激电极阵列，多通道电刺激器包括电源转换电路、多通道信号发生电路和多通道功率放大电路；交互控制器用于发送刺激信号调节信号给多通道电刺激器；电源转换电路用于将直流输入电压转换成直流输出电压，提供给多通道信号发生电路和多通道功率放大电路作为工作电源；多通道信号发生电路用于根据交互控制器发送的刺激信号调节信号产生多通道电刺激信号，发送给多通道功率放大电路；多通道功率放大电路将接收到的多通道电刺激信号分别进行功率放大之后输出。本发明专利技术用于肌电假肢控制中。

【技术实现步骤摘要】
智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统
本专利技术涉及一种应用于肌电假肢控制的多通道电刺激反馈系统，属于生物机电一体化领域。
技术介绍
肌电假肢是一种利用人体前臂的肌肉电信号(Electromyography, EMG)作为信息源，通过一定的信息解码策略，将人的控制意图转化为运动控制信息的康复装备。这种基于生物信号控制策略的肌电假手，利用了人体神经肌肉电传导的特性并将其输出至外界环境，对于残疾人的神经康复是相当有益的。为了提高使用者对假手的本体感觉和控制的直观性，从而提高控制效果，适当的感觉反馈通道是必须的。电刺激作为一种常用的镇痛、理疗手段，由于其刺激感觉精细，被广泛应用于感觉替代(Sensory Substitution)中。然而，由于电刺激装置与肌电信号提取装置共享人体皮肤，不可避免地会对肌电信号提取产生干扰，因此长久以来没有得到商业应用。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有电刺激反馈系统对肌电信号提取的干扰问题，提供了一种智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统。本专利技术所述智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，它包括交互控制器、多通道电刺激器和降干扰电刺激电极阵列，多通道电刺激器包括电源转换电路、多通道信号发生电路和多通道功率放大电路；交互控制器用于发送刺激信号调节信号给多通道电刺激器；电源转换电路用于将+5V直流输入电压转换成+1.8V、+20V和-20V的直流输出电压，并提供给多通道信号发生电路和多通道功率放大电路作为工作电源；多通道信号发生电路用于根据交互控制器发送的刺激信号调节信号产生多通道电刺激信号，并发送给多通道功率放大电路；多通道功率放大电路用于将接收到的多通道电刺激信号分别进行功率放大之后输出；降干扰电刺激电极阵列与多通道电刺激器通过屏蔽导线连接。本专利技术的优点:本专利技术目标电刺激反馈系统简单可靠、易用性高，不仅能实现多种假手工作信息的感觉反馈，而且实现了多通道电刺激反馈与肌电信号提取的融合，为整个双向人机交互系统的实现提供了物理基础。【附图说明】图1是本专利技术所述智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统的电气原理框图；图2是多通道信号发生电路的电路结构示意图；图3是每个通道功率放大电路的电路结构示意图；图4是【具体实施方式】八采用的降干扰电极阵列的单通道结构示意图；图5是【具体实施方式】九采用的降干扰电极阵列的双通道结构示意图。【具体实施方式】【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，它包括交互控制器1、多通道电刺激器2和降干扰电刺激电极阵列3，多通道电刺激器2包括电源转换电路2-1、多通道信号发生电路2-2和多通道功率放大电路2-3 ；交互控制器1用于发送刺激信号调节信号给多通道电刺激器2 ；电源转换电路2-1用于将+5V直流输入电压转换成+1.8V、+20V和-20V的直流输出电压，并提供给多通道信号发生电路2-2和多通道功率放大电路2-3作为工作电源； 多通道信号发生电路2-2用于根据交互控制器1发送的刺激信号调节信号产生多通道电刺激信号，并发送给多通道功率放大电路2-3 ；多通道功率放大电路2-3用于将接收到的多通道电刺激信号分别进行功率放大之后输出；降干扰电刺激电极阵列3与多通道电刺激器2通过屏蔽导线连接。本实施方式中的降干扰电刺激电极阵列3是用于实现人体与多通道电刺激器2之间的电气连接的，能够有效抑制电刺激噪声对肌电信号提取的干扰。【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，多通道信号发生电路2-2产生多通道电刺激信号的原则为:基于直接数字频率合成技术产生多通道幅值、相位和频率均独立可调的正弦波形。本实施方式中，直接数字频率合成即为DDS:Direct Digital Synthesizer。【具体实施方式】三:下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述多通道信号发生电路2-2采用四通道高速DDS芯片:AD9959 ；每个通道电流源输出均有一个正相输出端口和一个反相输出端口，在任意时刻，正相输出端口与反相输出端口均输出汇电流，且电流之和为定值；其输出端口按顺序依次为:第0通道正相输出端口 CH0+，第0通道反相输出端口 CH0-，第1通道正相输出端口CH1+，第1通道反相输出端口 CH1-，第2通道正相输出端口 CH2+，第2通道反相输出端口CH2-，第3通道正相输出端口 CH3+，第3通道反相输出端口 CH3-;即:任意通道的正相输出端口为CHx+，任意通道的反相输出端口为CHx-，其中，x=0，1，2，3。【具体实施方式】四:本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述的多通道功率放大电路2-3的每个通道均输出一路相位相反的对称双极性电流源输出:正相输出端0UTx+和反相输出端OUTx-;输出最大电流为10mA，输出最大电压为20V。【具体实施方式】五:下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，所述多通道功率放大电路2-3包括多个功率放大电路；每个功率放大电路包括电流采样电阻、电压跟随电路、正相压控电流源电路和反相压控电流源电路，正相压控电流源电路和反相压控电流源电路相互对称；所述电流采样电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1与+1.8V供电端口和信号发生电路的正相输出端口 CHx+连接，第二电阻R2与+1.8V供电端口和信号发生电路的反相输出端口 CHx-连接；所述电压跟随电路包括第一运算放大器A和第二运算放大器B，其反相输入端均与输出端相连，第一运算放大器A的正相输入端与信号发生电路的正相输出端口 CHx+连接，第二运算放大器B的正相输入端与信号发生电路的反相输出端口 CHx-连接；所述正相压控电流源电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三运算放大器C和第四运算放大器D，第三电阻R3 —端与第一运算放大器A的输出端连接，另一端与第三运算放大器C的正相输入端相连接；第四电阻R4 —端与第二运算放大器B输出端连接，另一端与第三运算放大器C的反相输入端连接；第五电阻R5—端与第三运算放大器C的反向输入端连接，另一端与第三运算放大器C的输出端连接；第六电阻R6 —端与第三运算放大器C的输出端连接，另一端与第四运算放大器D的正相输入端连接；第七电阻R7 —端与第三运算放大器C的正相输入端连接，另一端与第四运算放大器D的反相输出端连接；第四运算放大器D的反相输入端与输出端相连接，正相输入端与该通道功率放大电路的正相输出端0UTx+连接；所述反相压控电流源电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第五运算放大器E和第六运算放大器F，第八电阻R8 —端与第二运算放大器B的输出端连接，另一端与第五运算放大器E的正相输入端相连接；第九电阻R9一端与第一运算放大器A输出端连接，另一端与第五运算放大器E的反相输入端连接；第十电阻R10 —端与第五运算放大器E的反向输入端连接，另一端与第五运算放大器E的输出端连接；第十一电阻R11 —端与第五运算放大器E的输出端连接，另一端与第六运算放大器F的正相输入端连接；第十二电阻R12 —端与第五运算放大器E的正相输入端连接，另一端与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，其特征在于，它包括交互控制器（1）、多通道电刺激器（2）和降干扰电刺激电极阵列（3），多通道电刺激器（2）包括电源转换电路（2?1）、多通道信号发生电路（2?2）和多通道功率放大电路（2?3）；交互控制器（1）用于发送刺激信号调节信号给多通道电刺激器（2）；电源转换电路（2?1）用于将+5V直流输入电压转换成+1.8V、+20V和?20V的直流输出电压，并提供给多通道信号发生电路（2?2）和多通道功率放大电路（2?3）作为工作电源；多通道信号发生电路（2?2）用于根据交互控制器（1）发送的刺激信号调节信号产生多通道电刺激信号，并发送给多通道功率放大电路（2?3）；多通道功率放大电路（2?3）用于将接收到的多通道电刺激信号分别进行功率放大之后输出；降干扰电刺激电极阵列（3）与多通道电刺激器（2）通过屏蔽导线连接。

【技术特征摘要】
1.智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，其特征在于，它包括交互控制器(1)、多通道电刺激器(2)和降干扰电刺激电极阵列(3)，多通道电刺激器(2)包括电源转换电路(2-1)、多通道信号发生电路(2-2)和多通道功率放大电路(2-3)；交互控制器(1)用于发送刺激信号调节信号给多通道电刺激器(2 );电源转换电路(2-1)用于将+5V直流输入电压转换成+1.8V、+20V和-20V的直流输出电压，并提供给多通道信号发生电路(2-2)和多通道功率放大电路(2-3)作为工作电源；多通道信号发生电路(2-2)用于根据交互控制器(1)发送的刺激信号调节信号产生多通道电刺激信号，并发送给多通道功率放大电路(2-3 );多通道功率放大电路(2-3)用于将接收到的多通道电刺激信号分别进行功率放大之后输出；降干扰电刺激电极阵列(3)与多通道电刺激器(2)通过屏蔽导线连接。2.根据权利要求1所述智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，其特征在于，所述多通道信号发生电路(2-2)采用四通道高速DDS芯片:AD9959 ；每个通道电流源输出均有一个`正相输出端口和一个反相输出端口，在任意时刻，正相输出端口与反相输出端口均输出汇电流，且电流之和为定值；其输出端口按顺序依次为:第0通道正相输出端口 CHO+，第0通道反相输出端口 CHO-，第1通道正相输出端口 CH1+，第1通道反相输出端口 CH1-，第2通道正相输出端口 CH2+，第2通道反相输出端口 CH2-，第3通道正相输出端口 CH3+，第3通道反相输出端口 CH3-；即:任意通道的正相输出端口为CHx+，任意通道的反相输出端口为CHx-，其中，x=0, 1，2，3。3.根据权利要求1所述智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，其特征在于，所述的多通道功率放大电路(2-3)的每个通道均输出一路相位相反的对称双极性电流源输出:正相输出端OUTx+和反相输出端OUTx-;输出最大电流为10mA，输出最大电压为20V。4.根据权利要求3所述智能肌电假肢的多通道电刺激反馈系统，其特征在于，所述多通道功率放大电路(2-3)包括多个功率放大电路；每个功率放大电路包括电流采样电阻、电压跟随电路、正相压控电流源电路和反相压控电流源电路，正相压控电流源电路和反相压控电流源电路相互对称；所述电流采样电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1与+1.8V供电端口和信号发生电路的正相输出端口 CHx+连接，第二电阻R2与+1.8V供电端口和信号发生电路的反相输出端口 CHx-连接；所述电压跟随电路包括第一运算放大器A和第二运算放大器B，其反相输入端均与输出端相连，第一运算放大器A的正相输入端与信号发生电路的正相输出端口 CHx+连接，第二运算放大器B的正相输入端与信号发生电路的反相输出端口 CHx-连接；所述正相压控电流源电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三运算放大器C和第四运算放大器D，第三电阻R3 —端与第一运算放大器A的输出端连接，另一端与第三运算放大器C的正相输入端相连接；第四电阻R4 —端与第二运算放大器B输出端连接，另一端与第三运算放大器C的反相输入端连接；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜力，黄琦，杨大鹏，樊绍巍，刘宏，吴军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：