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(hào)控制器，該系統(tǒng)可為截肢患者提供獨(dú)一無(wú)二的上肢假肢，具有更高的靈活性以及更強(qiáng)大的功能，從而進(jìn)一步改善了截肢患者假肢的功能性與可用性。在同類競(jìng)爭(zhēng)解決方案只能控制 3 個(gè)關(guān)節(jié)的情況下，Boston Digital Arm 上肢假肢使用戶能夠控制 5 個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，從而提高了靈活性與可編程性——為患者奉獻(xiàn)最理想的定制解決方案，實(shí)現(xiàn)更自然的運(yùn)動(dòng)及更高的靈敏度，并能夠在進(jìn)行抓舉時(shí)輕松改變用力。如欲了解有關(guān)全系列 C2000 數(shù)字信號(hào)控制器的更多詳情，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn) www.ti.com/c2000。
 
先進(jìn)技術(shù)為假肢患者帶來(lái)更豐富選擇
不久以前，上肢假肢還依賴模擬控制，也就是說(shuō)，用戶只能依靠上肢肌肉的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制假肢設(shè)備。但是，如果截肢患者上肢肌肉力量有限，就可能無(wú)法使用假肢或只能使用假肢的一小部分功能?；颊咦|西時(shí)的力量是由一個(gè)預(yù)先定義的極值控制的，也就是說(shuō)，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(gè)關(guān)節(jié)——肘、腕和手。Liberating Technologies 認(rèn)識(shí)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(shí)決定采用最先進(jìn)的控制技術(shù)。

Liberating Technology 總裁 Bill Hanson 表示：“在開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，我們同時(shí)將微控制器 (MCU) 與數(shù)字信號(hào)控制器納入了考慮范圍，之所以選用 TI 的 C2000™ 控制器，是因?yàn)樗鼈冊(cè)诋a(chǎn)生脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)方面具有異乎尋常的能力，能夠最有效地驅(qū)動(dòng)假肢中使用的 DC 馬達(dá)。我們使用一個(gè) TI 數(shù)字信號(hào)控制器就能夠驅(qū)動(dòng) 5 臺(tái)馬達(dá)，而且利用附加模塊可以驅(qū)動(dòng) 9 臺(tái)馬達(dá)。相比之下，某些同類型解決方案為了驅(qū)動(dòng) 3 臺(tái)馬達(dá)就需要兩個(gè)微控制器。”

DSP 技術(shù)實(shí)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(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行控制。TI 的 TLV2432 運(yùn)算放大器與 INA121 BB 儀表放大器可以檢測(cè)、調(diào)節(jié)以及放大肌肉產(chǎn)生的信號(hào)。然后 C2000 控制器檢驗(yàn)信號(hào)的強(qiáng)度并且與來(lái)自其他傳感器的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而確定向肘、腕及手部馬達(dá)發(fā)送的電壓大小。該器件采用 5 個(gè)脈寬調(diào)制 (PWM) 輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)各馬達(dá)，從而能夠超越傳統(tǒng)的手臂、手腕及手部運(yùn)動(dòng)，例如，無(wú)需肩部肌肉用力即可使截肢患者做出肩部動(dòng)作。該器件還采用控制器輸入/輸出 (I/O) 選項(xiàng)—如：串行接口 (SPI) 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)—通過(guò)獨(dú)立的假肢控制器控制 4 臺(tái)附加馬達(dá)。這種增強(qiáng)功能使假臂能夠在用戶行走時(shí)自由擺動(dòng)，而不是僵硬地懸掛不動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)更自然、更舒展的動(dòng)作?？刂破鞯母郊犹幚砟芰€使用戶能夠同時(shí)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，更容易完成日常任務(wù)，如：同時(shí)觸摸并抓住物體。

C2000 控制器集成了 265KB 閃存，能夠簡(jiǎn)化開發(fā)及現(xiàn)場(chǎng)軟件更新時(shí)的重新編程。優(yōu)化控制外設(shè)包括：PWM 發(fā)生器、可編程通用定時(shí)器、時(shí)標(biāo)采集模塊、以及無(wú)縫正交編碼器接口。C2000 平臺(tái)還具有 12 位 ADC，可為緊密的控制環(huán)路提供速率高達(dá) 12.5MSPS 的快速轉(zhuǎn)換。包括 CAN 等在內(nèi)的 5 個(gè)不同的片上標(biāo)準(zhǔn)通信端口能夠提供簡(jiǎn)易的通信接口，以便與主機(jī)、測(cè)試設(shè)備、顯示器以及其他組件或網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。如欲了解有關(guān)全系列 C2000 數(shù)字信號(hào)控制器的更多詳情，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn) 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(chǎng)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(guò)幾乎無(wú)限制的途徑與患者連接。傳統(tǒng)假肢只能依賴患者運(yùn)動(dòng)二頭肌和三頭肌時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)完成控制。不過(guò)，Liberating Technologies公司已經(jīng)開發(fā)30多種獨(dú)特的控制方式―控制上肢以完成患者的預(yù)期動(dòng)作。例如，如果截肢患者的二頭肌受傷，假肢制作師就可以對(duì)控制器進(jìn)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(duì)手臂編程，以使用由二頭肌產(chǎn)生的信號(hào)。如果截肢患者經(jīng)過(guò)一段時(shí)間恢復(fù)了受傷肌肉的力量，Liberating Technologies可以重新對(duì) Boston Digital Arm 進(jìn)行編程，以便手臂在接受以前肌肉控制的同時(shí)還可以接受恢復(fù)后肌肉的控制。

許多應(yīng)用既需要TI先進(jìn)DSP技術(shù)的高性能，又需要MCU提供的豐富外設(shè)功能和簡(jiǎn)單易用性，C2000就是專為這類應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)控制器。這顆組件不但兼具這兩大優(yōu)點(diǎn)，其所支持的強(qiáng)大功能更遠(yuǎn)超過(guò)采用微控制器的其它假肢產(chǎn)品，例如，為了避免使用過(guò)大的力量抓住物體，傳統(tǒng)假肢在功耗達(dá)到一定極限時(shí)需要關(guān)閉馬達(dá)，這就是說(shuō)，使用者為了恢復(fù)動(dòng)作必須反轉(zhuǎn)馬達(dá)的方向。C2000控制器可以連續(xù)監(jiān)控馬達(dá)的功耗，提供一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)更高級(jí)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(dāng)前動(dòng)作控制自己的抓舉力量并調(diào)制功率極限―無(wú)論是抓舉重物還是拿放雞蛋那樣小巧的物體。