自制外骨骼臂DIY圖解

步驟1：關于Exo-Arm的更多信息

每當我們收縮或放松手臂時，手臂表面都會產生神經電勢

?運動單元動作電位（MUAP）。 ?幅度約為0-10毫伏

?頻率在0-500Hz之間。

?此MUAP是該項目的核心，也是EMG處理的基礎。/p》

外骨骼臂

?這是一個可以戴在生物臂上的外部框架

?它使用無創方法來從肌肉獲得MUAP以控制可以戴在生物手臂上的框架。

?由高扭矩伺服電機提供動力。

?可以提供幫助或增強肌肉的力量生物臂，具體取決于伺服電機的扭矩

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

步驟2：必需的硬件工具：

單擊鏈接以轉到可以購買項目

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）連接。

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

3）2x運算放大器：ADTL082/84（Analog Devices Inc.）對差分放大器的輸出進行整流，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。

6）2x電池和充電器：兩個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）用于框架設計的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

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用于編譯代碼和監視信號。

2）多isim用于電路設計和仿真。

3）Blender用于框架的3D仿真。

4）Arduino和用于實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。第一種模式是自動模式，其中信號處理后的EMG信號將命令伺服系統，第二種是手動模式

步驟5：EMG電路

步驟6：EMG信號處理和傳感器測試的各個階段：

1）信號采集：電機單元從患者手臂的二頭肌和三頭肌獲取動作電位（MUAP）信號。在此過程中使用了三個EMG電極。將兩個EMG電極放在二頭肌和三頭肌上，一個放在肘部上作為接地參考。采集的信號被饋送到高質量儀表放大器AD620。會放大（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半信號

2）濾波和放大：然后將放大后的信號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半周期，使信號與微控制器兼容。然后，該整流信號通過低通濾波器以消除高頻并形成信號的包絡線。信號被發送到具有可變增益的放大器中以進一步放大。所有階段均使用ADTL084運放進行設計

運放增益Vout/Vin = -Rf/Rin

我們啟動了傳感器

數據采集：

放大后的信號被饋送到微控制器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。數據以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和失調漂移指標，在需要漂移和噪聲抑制的應用中極為有利。從肌肉輸出放松時獲得的偏移量從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。我們創建了一個查找表，該表將離散值寫入DAC。無需為低壓模擬信號創建條件，以免不必要地激活伺服。在測試后，最大電壓的閾值是手動設置的，因為每個測試對象都不同。

DAC：微控制器帶有一個12位DAC。 DAC有兩個可選范圍：0至1.2 V和0至1.8V。巧合的是，向伺服電機輸入1.8V電壓可為伺服電機提供最佳旋轉角度。使用此范圍是因為它不需要進一步放大。我們使用了DAC插值模式。插值模式使用16位。數據寫入使用12位，插值使用4位。

伺服電機：伺服電機的扭矩為180kgcm。它在脈沖寬度調制和電位計模式（模擬信號）兩種模式下運行。我們使用模擬模式是因為與PWM相比，它更易于監視和分析。輸入5V時，伺服旋轉270度。它在14V至30V的電壓下運行。30V可獲得最大扭矩。

我們隨附了代碼 和重要的數據表

第7步：背包和連接

步驟8：框架設計

最初，我們在Blender軟件中設計了框架，這里是一些設計

最終，我們將伺服電機直接放在上臂和前臂鋁制框架的樞軸點，以減少復雜性和時間消耗，并且一如既往的安全第一！因此，我們還設計了一種鎖定系統，該系統僅允許前臂移動45度至175度。

步驟9：最終測試?。?！

責任編輯：wv