[發(fā)明專利]基于CyberGlove數(shù)據(jù)手套的嵌入式欠驅(qū)動(dòng)假肢手控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510581208.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105127973A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊蔡華;閆士杰;賀磊;黃耀斌;陳文銳;孫柏楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J3/00
• 分類號(hào): B25J3/00;B25J9/18;A61F2/70
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

1.一種基于CyberGlove數(shù)據(jù)手套的嵌入式欠驅(qū)動(dòng)假肢手控制系統(tǒng)，其特征在于，該嵌入式欠驅(qū)動(dòng)假肢手控制系統(tǒng)包括CyberGlove數(shù)據(jù)手套(1)、上位機(jī)(2)、假肢手電機(jī)組件(4)、指尖力傳感器組件(5)和集成控制單元(3)，其中：

所述CyberGlove數(shù)據(jù)手套(1)為使用者所佩戴，并基于實(shí)際工況需求實(shí)時(shí)輸出包括關(guān)節(jié)角和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角速度在內(nèi)的各類人手運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給所述上位機(jī)(2)；

所述上位機(jī)(2)接收來(lái)自所述CyberGlove數(shù)據(jù)手套(1)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并提供包括關(guān)于抓取模式、手指抓取/松開(kāi)動(dòng)作、電機(jī)位置/速度調(diào)整在內(nèi)的各類指令，然后通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞嚼^續(xù)發(fā)送給所述集成控制單元(3)；

所述假肢手電機(jī)組件(4)由四個(gè)直流有刷電機(jī)共同組成，它們集成安裝在作為控制對(duì)象的欠驅(qū)動(dòng)假肢手的手掌內(nèi)部，分別為用于實(shí)現(xiàn)拇指翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的第一電機(jī)(4-1)、用于實(shí)現(xiàn)拇指彎曲運(yùn)動(dòng)的第二電機(jī)(4-2)、用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)食指和中指彎曲運(yùn)動(dòng)的第三電機(jī)(4-3)，以及用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)名指和小指彎曲運(yùn)動(dòng)的第四電機(jī)(4-4)；所述指尖力傳感器組件(5)由五個(gè)壓力傳感器(5-1，5-2，5-3，5-4，5-5)共同組成，它們各自集成安裝在欠驅(qū)動(dòng)假肢手的五個(gè)手指末端，并分別用于對(duì)各個(gè)手指運(yùn)動(dòng)過(guò)程中垂直于指尖面的應(yīng)力數(shù)據(jù)執(zhí)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；

所述集成控制單元(3)呈集成電路板的形式嵌入安裝在欠驅(qū)動(dòng)假肢手的內(nèi)部，并包括無(wú)線收發(fā)模塊(3-1)、電機(jī)速度檢測(cè)模塊(3-4)、電機(jī)電流檢測(cè)模塊(3-5)、指尖力檢測(cè)模塊(3-6)、主控制器(3-2)和功率放大模塊(3-3)，其中該無(wú)線收發(fā)模塊(3-1)接收來(lái)自所述上位機(jī)(2)的實(shí)時(shí)信息和各類指令，并將其輸送至所述主控制器(3-2)；該電機(jī)速度檢測(cè)模塊(3-4)和電機(jī)電流檢測(cè)模塊(3-5)分別對(duì)所述假肢手電機(jī)組件(4)中各個(gè)直流有刷電機(jī)的速度數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)執(zhí)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，然后各自反饋至所述主控制器(3-2)；該指尖力檢測(cè)模塊(3-6)將所述指尖力傳感器組件(5)實(shí)時(shí)檢測(cè)的應(yīng)力數(shù)據(jù)執(zhí)行信號(hào)放大，并同樣反饋送至所述主控制器(3-2)；該主控制器(3-2)按照上述接收到的數(shù)據(jù)和指令，相應(yīng)形成多路PWM波輸出至所述功率放大模塊(3-3)；該功率放大模塊(3-3)則將對(duì)這多路PWM波分別執(zhí)行功率放大，然后為所述假肢手電機(jī)組件(4)中的各個(gè)直流有刷電機(jī)分別提供相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，以此方式使得欠驅(qū)動(dòng)假肢手實(shí)時(shí)、精確地跟隨使用者的各類人手運(yùn)動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的嵌入式欠驅(qū)動(dòng)假肢手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)速度檢測(cè)模塊(3-4)的數(shù)量?jī)?yōu)選為2個(gè)，并且它們各自為將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)的差分接收器；所述電機(jī)電流檢測(cè)模塊(3-5)的數(shù)量?jī)?yōu)選為4個(gè)，并且它們各自包括用于將共模差分電壓信號(hào)方法20倍的電流檢測(cè)放大器和阻值為0.15歐姆的檢流電阻。

3.如權(quán)利要求1或2所述的嵌入式欠驅(qū)動(dòng)假肢手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述指尖力傳感器組件(5)的五個(gè)壓力傳感器優(yōu)選為橋式應(yīng)變片，所述指尖力檢測(cè)模塊(3-6)相應(yīng)優(yōu)選為用于橋式應(yīng)變片的共模差分電壓信號(hào)執(zhí)行放大的單元。

4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的嵌入式欠驅(qū)動(dòng)假肢手控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器(3-2)優(yōu)選采用單塊的DSP控制器；所述功率放大模塊(3-3)的數(shù)量為2個(gè)，它們各自用于將所述主控制器輸出的PWM波執(zhí)行功率放大至12伏，并提供至少單路1.4安的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流。