自制外骨骼臂DIY圖解

步驟1：關(guān)于Exo-Arm的更多信息

每當(dāng)我們收縮或放松手臂時(shí)，手臂表面都會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)電勢

?運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢唬∕UAP）。 ?幅度約為0-10毫伏

?頻率在0-500Hz之間。

?此MUAP是該項(xiàng)目的核心，也是EMG處理的基礎(chǔ)。/p》

外骨骼臂

?這是一個(gè)可以戴在生物臂上的外部框架

?它使用無創(chuàng)方法來從肌肉獲得MUAP以控制可以戴在生物手臂上的框架。

?由高扭矩伺服電機(jī)提供動(dòng)力。

?可以提供幫助或增強(qiáng)肌肉的力量生物臂，具體取決于伺服電機(jī)的扭矩

。 ?肌電圖（EMG）是借助外骨骼（EXO）進(jìn)行人機(jī)界面（HMI）的合適方法。

步驟2：必需的硬件工具：

單擊鏈接以轉(zhuǎn)到可以購買項(xiàng)目

1）1x微控制器板：EVAL-ADuCM360精密模擬微控制器（Analog Devices Inc.）此微控制器板在我們的項(xiàng)目中用作控制外骨骼手臂的大腦。此過程將用于將我們的EMG傳感器與手臂（伺服電機(jī)）連接。

2）1x AD620AN：（Analog Devices Inc.）它從EMG電極接收信號(hào)并提供差分增益作為輸出。

3）2x運(yùn)算放大器：ADTL082/84（Analog Devices Inc.）對差分放大器的輸出進(jìn)行整流，然后將該輸出饋入低通濾波器，然后饋入增益放大器。 p》

4）1x SERVO MOTORS ：180 kg * cm扭矩。

5）3x EMG電纜和電極：用于獲取信號(hào)。

6）2x電池和充電器：兩個(gè)11.2V，5Ah鋰電池，將用于為伺服器供電。兩塊9V電池為EMG電路供電。

7）用于框架設(shè)計(jì)的1x1米鋁板（3毫米厚）。

電阻器

?5x 100 kOhm 1％

?1x 150 Ohm 1％

?3x 1 kOhm 1％

?1x 10 kOhm微調(diào)

電容器

?1x 22.0 nF Tant

?1x 0.01 uF陶瓷盤

其他

?2x 1N4148二極管

?跳線

?1x示波器

?1x萬用表

?螺母和螺栓

?魔術(shù)貼帶

?墊填充泡沫

注意：

a）您可以選擇任何首選的微控制器，但它應(yīng)該具有ADC和PWM引腳。

b）可以使用OP-AMP TL084（DIP封裝）代替ADTL082/84（SOIC封裝）。

c）如果您不想構(gòu)建EMG傳感器，請單擊此處EMG傳感器。

第3步：使用的軟件：

1）KEIL uVision用于編譯代碼和監(jiān)視信號(hào)。

2）多isim用于電路設(shè)計(jì)和仿真。

3）Blender用于框架的3D仿真。

4）Arduino和用于實(shí)際傳感器仿真測試的處理。

第4步：方法論

外骨骼臂工作在兩種模式下。第一種模式是自動(dòng)模式，其中信號(hào)處理后的EMG信號(hào)將命令伺服系統(tǒng)，第二種是手動(dòng)模式

步驟5：EMG電路

步驟6：EMG信號(hào)處理和傳感器測試的各個(gè)階段：

1）信號(hào)采集：電機(jī)單元從患者手臂的二頭肌和三頭肌獲取動(dòng)作電位（MUAP）信號(hào)。在此過程中使用了三個(gè)EMG電極。將兩個(gè)EMG電極放在二頭肌和三頭肌上，一個(gè)放在肘部上作為接地參考。采集的信號(hào)被饋送到高質(zhì)量儀表放大器AD620。會(huì)放大（增益= 500）有源電極之間的電位差。

儀表放大器的增益G = 1 + 49.9KOhms/R

精度全波整流器將削除不需要的負(fù)半信號(hào)

2）濾波和放大：然后將放大后的信號(hào)饋送到直流耦合電容器和全波整流器消除了直流誤差偏移和負(fù)半周期，使信號(hào)與微控制器兼容。然后，該整流信號(hào)通過低通濾波器以消除高頻并形成信號(hào)的包絡(luò)線。信號(hào)被發(fā)送到具有可變增益的放大器中以進(jìn)一步放大。所有階段均使用ADTL084運(yùn)放進(jìn)行設(shè)計(jì)

運(yùn)放增益Vout/Vin = -Rf/Rin

我們啟動(dòng)了傳感器

數(shù)據(jù)采集：

放大后的信號(hào)被饋送到微控制器EVAL-ADuCM360 PRECISION ANALOG。模擬電壓由微控制器中存在的超高精度24位ADC讀取。數(shù)據(jù)以2.450 kHz的速率采樣。使用ADC斬波方案。這種斬波方案具有出色的直流失調(diào)和失調(diào)漂移指標(biāo)，在需要漂移和噪聲抑制的應(yīng)用中極為有利。從肌肉輸出放松時(shí)獲得的偏移量從ADC輸出中減去

控制邏輯：由于最后階段需要抑制噪聲，因此將ADC輸出線性映射到DAC避免。我們創(chuàng)建了一個(gè)查找表，該表將離散值寫入DAC。無需為低壓模擬信號(hào)創(chuàng)建條件，以免不必要地激活伺服。在測試后，最大電壓的閾值是手動(dòng)設(shè)置的，因?yàn)槊總€(gè)測試對象都不同。

DAC：微控制器帶有一個(gè)12位DAC。 DAC有兩個(gè)可選范圍：0至1.2 V和0至1.8V。巧合的是，向伺服電機(jī)輸入1.8V電壓可為伺服電機(jī)提供最佳旋轉(zhuǎn)角度。使用此范圍是因?yàn)樗恍枰M(jìn)一步放大。我們使用了DAC插值模式。插值模式使用16位。數(shù)據(jù)寫入使用12位，插值使用4位。

伺服電機(jī)：伺服電機(jī)的扭矩為180kgcm。它在脈沖寬度調(diào)制和電位計(jì)模式（模擬信號(hào)）兩種模式下運(yùn)行。我們使用模擬模式是因?yàn)榕cPWM相比，它更易于監(jiān)視和分析。輸入5V時(shí)，伺服旋轉(zhuǎn)270度。它在14V至30V的電壓下運(yùn)行。30V可獲得最大扭矩。

我們隨附了代碼 和重要的數(shù)據(jù)表

第7步：背包和連接

步驟8：框架設(shè)計(jì)

最初，我們在Blender軟件中設(shè)計(jì)了框架，這里是一些設(shè)計(jì)

最終，我們將伺服電機(jī)直接放在上臂和前臂鋁制框架的樞軸點(diǎn)，以減少復(fù)雜性和時(shí)間消耗，并且一如既往的安全第一！因此，我們還設(shè)計(jì)了一種鎖定系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅允許前臂移動(dòng)45度至175度。

步驟9：最終測試！??！

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