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手是人体的重要组成部分,失去手臂的截止患者可以通过安装假手回归到正常人的生活。现阶段商业假手和科研假手种类繁多,分为装饰性假手、功能性假手和智能假手三种类型。依靠人体皮肤表面的肌电信号提取控制信息的肌电假手属于智能假手。肌电假手不仅外表美观,而且动作式样丰富,功能上贴近人手,这使得肌电假手具有广阔的开发前景。根据人手骨骼结构,同时应用干涉驱动原理,设计出外观上具有5个手指且每个手指均可独立动作的仿人结构。包括手腕部分2个自由度,假手具有18个运动自由度和13个控制自由度,手部动作式样丰富。应用铝合金材料制作,具有体积小、重量轻的特点,从而更加贴近真实人手,方便残疾人使用。肌电假手能根据人的意识控制假手动作,具有一定的智能。这种智能体现在对肌电信号的采集和处理上。根据肌电信号的特性和尽量消除干扰的设计要求,采用双贴片电极差分输入的方式,经过放大电路和滤波电路,输出的肌电信号频率范围和幅值能够满足控制器的要求。
本研究主要内容包括:⑴采用Gumstix微处理器对肌电信号进行处理,首先在满足香农采样定理不失真采样的前提下对传感器系统采集过来的肌电信号进行模数转换,然后应用均方根值算法处理采集到的肌电信号并得出相应的控制信息。这些控制信息被转换为PWM控制信号输送到驱动系统,控制舵机的动作。⑵通过光耦的方式把幅值较低的PWM电平转换为舵机适应的电平,以解决Gumstix输出的PWM在幅值上不能满足舵机对控制信号的要求的问题。肌电假手可以实现简单的握拳和伸掌2个动作。⑶本研究开发的肌电假手结构设计上采用干涉驱动原理,拇指和手腕分别具有2个控制自由度,同时采用轻质材料制作,体积小、重量轻,贴近人手。使用Gumstix微处理器代替PC机控制假手动作,从而实现数据采集、信号处理和假手驱动集成到手臂内部,提高了实用性。