德州儀器控制器提高假肢靈活性及易用性

德州儀器 (TI) 宣布 Liberating Technologies 的 Boston Digital Arm 假肢系統(tǒng)采用 TI 控制性能優(yōu)化的集成型 TMS320C2000™ 數(shù)字信號控制器，該系統(tǒng)可為截肢患者提供獨一無二的上肢假肢，具有更高的靈活性以及更強大的功能，從而進一步改善了截肢患者假肢的功能性與可用性。在同類競爭解決方案只能控制 3 個關節(jié)的情況下，Boston Digital Arm 上肢假肢使用戶能夠控制 5 個關節(jié)的運動，從而提高了靈活性與可編程性——為患者奉獻最理想的定制解決方案，實現(xiàn)更自然的運動及更高的靈敏度，并能夠在進行抓舉時輕松改變用力。如欲了解有關全系列 C2000 數(shù)字信號控制器的更多詳情，敬請訪問 www.ti.com/c2000。
 
先進技術為假肢患者帶來更豐富選擇
不久以前，上肢假肢還依賴模擬控制，也就是說，用戶只能依靠上肢肌肉的運動來控制假肢設備。但是，如果截肢患者上肢肌肉力量有限，就可能無法使用假肢或只能使用假肢的一小部分功能?；颊咦|西時的力量是由一個預先定義的極值控制的，也就是說，抓舉重物與拿雞蛋或握小孩手的力量相同。另外，傳統(tǒng)假肢每次只能控制 3 個關節(jié)——肘、腕和手。Liberating Technologies 認識到控制系統(tǒng)欠缺靈活性是上肢假肢性能的主要障礙，因此在開發(fā) Boston Digital Arm 時決定采用最先進的控制技術。

Liberating Technology 總裁 Bill Hanson 表示：“在開發(fā)系統(tǒng)時，我們同時將微控制器 (MCU) 與數(shù)字信號控制器納入了考慮范圍，之所以選用 TI 的 C2000™ 控制器，是因為它們在產生脈寬調制 (PWM) 信號方面具有異乎尋常的能力，能夠最有效地驅動假肢中使用的 DC 馬達。我們使用一個 TI 數(shù)字信號控制器就能夠驅動 5 臺馬達，而且利用附加模塊可以驅動 9 臺馬達。相比之下，某些同類型解決方案為了驅動 3 臺馬達就需要兩個微控制器?！?/p>

DSP 技術實現(xiàn)創(chuàng)新性假肢解決方案
Boston Digital Arm System 采用 TI Code Composer Studio ™ 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 開發(fā)，系統(tǒng)由使用者的一塊或多塊健康上肢肌肉產生的信號進行控制。TI 的 TLV2432 運算放大器與 INA121 BB 儀表放大器可以檢測、調節(jié)以及放大肌肉產生的信號。然后 C2000 控制器檢驗信號的強度并且與來自其他傳感器的信號進行對比，進而確定向肘、腕及手部馬達發(fā)送的電壓大小。該器件采用 5 個脈寬調制 (PWM) 輸出來驅動各馬達，從而能夠超越傳統(tǒng)的手臂、手腕及手部運動，例如，無需肩部肌肉用力即可使截肢患者做出肩部動作。該器件還采用控制器輸入/輸出 (I/O) 選項—如：串行接口 (SPI) 數(shù)模轉換器 (DAC)—通過獨立的假肢控制器控制 4 臺附加馬達。這種增強功能使假臂能夠在用戶行走時自由擺動，而不是僵硬地懸掛不動，從而實現(xiàn)更自然、更舒展的動作?？刂破鞯母郊犹幚砟芰€使用戶能夠同時運動關節(jié)，更容易完成日常任務，如：同時觸摸并抓住物體。

C2000 控制器集成了 265KB 閃存，能夠簡化開發(fā)及現(xiàn)場軟件更新時的重新編程。優(yōu)化控制外設包括：PWM 發(fā)生器、可編程通用定時器、時標采集模塊、以及無縫正交編碼器接口。C2000 平臺還具有 12 位 ADC，可為緊密的控制環(huán)路提供速率高達 12.5MSPS 的快速轉換。包括 CAN 等在內的 5 個不同的片上標準通信端口能夠提供簡易的通信接口，以便與主機、測試設備、顯示器以及其他組件或網(wǎng)絡實現(xiàn)連接。如欲了解有關全系列 C2000 數(shù)字信號控制器的更多詳情，敬請訪問 www.ti.com/c2000。

基于 DSP 的控制器件提高上肢假肢的“智能性”與靈活性
控制器的嵌入式閃存以及現(xiàn)場可再編程性使 Liberating Technologies 公司能夠利用最新軟件更新和定制Boston Digital Arm，從而假肢可以通過幾乎無限制的途徑與患者連接。傳統(tǒng)假肢只能依賴患者運動二頭肌和三頭肌時產生的電信號完成控制。不過，Liberating Technologies公司已經(jīng)開發(fā)30多種獨特的控制方式―控制上肢以完成患者的預期動作。例如，如果截肢患者的二頭肌受傷，假肢制作師就可以對控制器進行編程，以便只使用三頭?。蝗绻^肌受傷，假肢開發(fā)人員可以對手臂編程，以使用由二頭肌產生的信號。如果截肢患者經(jīng)過一段時間恢復了受傷肌肉的力量，Liberating Technologies可以重新對 Boston Digital Arm 進行編程，以便手臂在接受以前肌肉控制的同時還可以接受恢復后肌肉的控制。

許多應用既需要TI先進DSP技術的高性能，又需要MCU提供的豐富外設功能和簡單易用性，C2000就是專為這類應用而設計的數(shù)字信號控制器。這顆組件不但兼具這兩大優(yōu)點，其所支持的強大功能更遠超過采用微控制器的其它假肢產品，例如，為了避免使用過大的力量抓住物體，傳統(tǒng)假肢在功耗達到一定極限時需要關閉馬達，這就是說，使用者為了恢復動作必須反轉馬達的方向。C2000控制器可以連續(xù)監(jiān)控馬達的功耗，提供一個能夠實現(xiàn)更高級控制的封閉式循環(huán)系統(tǒng)。因此，假肢手臂可以獲得足夠的智能性，使患者能夠根據(jù)當前動作控制自己的抓舉力量并調制功率極限―無論是抓舉重物還是拿放雞蛋那樣小巧的物體。