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假肢多维力传感器

2020-08-10 11:37
中科米点
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假肢手臂除了高度专业化的传感器,还可以使用 MEMS 传感器、数字隔离器和手臂上使用的双运算放大器。

DEKA电路使用常规构建基块,包括 iCoupler 数字隔离器,以超越 4kV 的最小隔离屏障,实现高达 5kV 的隔离,以最大限度地减少元件的老化影响,以及用于 EMG 测量的 AD8233 集成信号块。它还使用仪器放大器为每个手指的传感器供电,从而测量每个手指的相对位置。这是夹持物体所需的,因此可以施加正确的压力。

其他传感器用于测量冲击力,例如,如果触摸物体,或将脚放在地面上。加速度配置文件非常不同,电子元件需要识别低信号或弱信号,以准确处理数据。

陀螺仪测量旋转,例如在倒一杯水时手腕。使用精确的陀螺仪很重要:从自然上看,它们在20分钟内很容易在一度范围内漂移,

手臂还采用电容式传感器技术,其中两个带介电材料的板可以精确测量运动。可以将电容式传感器嵌入模拟到数字转换器(ADC)中,用于精确检测运动。

例如,为了监控物体或手指的位置,光学传感器使用光源来感应 手臂的移动元件的位置。

使用光学元件的一个实际原因是电子元件可以密封,它们只需要一个光之窗就可以操作,这意味着肢体中的嵌入式系统可以防水。

假肢设计中的考虑因素包括尺寸、功耗和准确性。虽然控制由佩戴者肌肉产生的自然电提供,但需要电池来为电机和电子设备供电。这给开发人员带来了设计挑战。虽然功率耗散在电机中是不可避免的,但工程团队应应将多个传感器的耗散降至最低。这些传感器的电流会逐渐降低。MEMS 设备(如加速度计和力传感器)在长时间使用期间可能会消耗大量电流。但是,在很多时间,手臂可能不会做那么多。即使在使用中,手臂的移动速度通常比传感器的更新速率慢得多。只有在检测到运动时,才能对电子元件进行编程,以唤醒各种传感器并为传感器供电。这使得大多数传感器阵列在多数时间都仅使用纳米放大器运行。是降低处理和计算操作期间消耗的功率,并限制系统的功耗,从而限制测量范围。手臂可用于肩关节、中上臂或中下臂假肢。对于手腕和上部,算法在识别信号的差异方面做得更好。通过分析手势时间长度的差异,算法可以评估手势是弹性运动,还是信号是否更有力,表示控制运动。软件计算手指关节角度之间的关系以确定抓地力,以及是否需要旋转运动。材料采用铝制,采用聚合物套管制成,具有高强度。手能够携带重达20公斤的物体。

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