四兩撥千斤 EMG機械外骨骼

105年度全國微電腦應用系統設計創作競賽 信號處理與通訊類第三名

【決賽】日期:2016/10/23(日)、地點:國立中央大學
【頒獎】日期:2016/12/16(五)、地點:國立臺灣科技大學

作品簡介

(一) EMG肌電系統
1. 儀表放大:
低直流偏移、低漂移、低雜訊、非常高的開迴路增益、高輸入阻抗,用於需要精確性和穩定性非常高的電路。其中,最主要目的是消除人體的共模雜訊,因此在主動電極電路的第一級採用儀表放大器來抑制肌肉所產生的共模雜訊與線路諧波,將此增益擷取到的肌電訊號進行第一次的放大。
2. 全波整流:
微控制器無法直接對訊號進行分析,全波整流不僅電路簡單,且對訊號分析有較大的幫助,故利用全波整流器作為主動電極電路的第二級。
3. 低通濾波:
因為肌電訊號操作頻率不快(主要集中於10Hz ~ 500Hz),故主動電極電路的第三級為低通濾波器,將高頻雜訊濾掉。
4. 反向放大:
因爲一階低通濾波後輸出的波形為反相的,所以在這一級的電路設計採用反相放大器,不僅可將輸出波形轉換為正相,亦也具有放大的功能。

(二) 馬達、減速齒輪組
1. 馬達:
以肌電系統所輸出之訊號為控制訊號,配合使用者運動輸出機械能。最後將經由減速齒輪組放大之扭力連結於外骨骼上,以達到減輕使用者肌肉、關節負擔之目的。
2. 減速齒輪組:
藉由減速齒輪減低轉速,提高扭力。當入力齒輪的齒數小於出力齒輪齒數,齒數比即為力量比/轉數比。藉由數個減速齒輪組,輸出至外骨骼機構上之扭力可達到200kg / cm。

(三) 外骨骼架構
主要功能為穿戴在使用者身上,協助使用者於工作時省力,分為上下手臂兩部分。上手臂為馬達安裝位置所在,提供高扭力馬達以及小手臂支點。小手臂則為機構的施力臂與抗力臂。

研究團隊成員:洪永傑、鄧淇元、李明騏、黃俊偉

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