学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

植入式电动关节的经皮控制

作　者: 张金英
导　师: 陈大跃
学　校: 上海交通大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 经皮能量传输经皮信号传输 E类放大器电动关节
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 35次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

植入式电动关节系统通过采集神经意识信号来控制植入的电动掌指关节,使掌体瘫痪患者具有掌体的部分功能,提高了患者的自理能力。植入式电动关节的关键技术之一是电机驱动能量和控制信号的经皮传输。基于电磁感应的经皮能量传输系统,采用体外功率放大器驱动射频线圈和体内植入线圈谐振接收能量的方式,可以传输较大的功率。由于经皮能量传输系统应用于人体,要求具有很高的能量传输效率,以减少元件发热而烧伤人体组织的可能性和提高系统的便携性。本文采用理论效率为100%的E类放大器作为经皮能量传输系统射频线圈的功率驱动器,设计了经皮能量传输系统。根据E类放大器的设计方程,分析了E类放大器输出功率与输入电压的特性。结合次级电路,提出了基于E类放大器的经皮能量传输系统的参数设计方法。通过分析系统中各个元件的损耗与占空比的函数关系,提出了通过提高系统输入电压和驱动占空比来提高经皮能量传输系统效率的方法。快速稳定的信号传输是实现植入式电动指关节准确控制的前提。本文结合E类放大器参数方程分析了基于E类放大器的经皮信号传输方法。体外向体内传输信号采用调制E类放大器输入电压的方式;体内向体外传输信号采用阻抗调制的方式,两种方式的信号接收均采用包络检波的方式把信号解调出来。由于采用阻抗调制信号时,E类放大器短暂偏离最佳工作状态,难于从理论上分析调制深度,本文通过Pspice仿真确定了两种信号传输方式的调制量。本文结合基于E类放大器的经皮能量和信号传输理论,设计了经皮能量和信号传输系统,实现植入式电动关节系统的经皮控制。采用两块锂电池串联的方式为系统供电,提高系统的续航能力和提升系统电压以提高传输效率。初级和次级各采用一块小型AVR单片机,初级单片机检测到的神经意识信号,控制能量传输和信号传输;次级单片机接收命令信号,控制植入电动关节的旋转方向。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 植入式电子系统及其研究现状  11-13
  1.2 植入式电子系统的经皮控制研究现状  13-17
    1.2.1 植入式电子系统的能量传输研究现状  13-16
      1.2.1.1 植入式电子系统的供能方式  13-15
      1.2.1.2 植入式电子系统的经皮能量传输研究现状  15-16
    1.2.2 植入式电子系统的经皮信号传输研究现状  16-17
  1.3 本课题的意义  17
  1.4 本文主要内容及结构  17-19
第二章基于E 类放大器的经皮能量传输系统  19-35
  2.1 E 类放大器基本理论  19-20
  2.2 E 类放大器参数设计  20-25
    2.2.1 理想E 类放大器的参数设计方程  20-22
    2.2.2 理想E 类放大器的参数设计步骤  22-23
    2.2.3 E 类放大器参数设计实例及仿真效果  23-25
  2.3 基于E 类放大器的经皮能量传输系统  25-34
    2.3.1 理想系统各参数计算  25-28
    2.3.2 系统损耗分析  28-32
    2.3.3 能量传输系统实验  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章基于E 类放大器的信号传输系统  35-44
  3.1 体内向体外的经皮信号传输  35-40
  3.2 体外向体内的经皮信号传输  40-42
  3.3 双向经皮信号传输  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章基于E 类放大器的植入式电动关节的经皮控制  44-62
  4.1 植入式电动关节系统概述  44-45
  4.2 系统硬件设计  45-57
    4.2.1 初级发射电路设计  45-54
    4.2.2 次级接收电路设计  54-57
  4.3 系统软件设计  57-61
    4.3.1 开发环境简介  57
    4.3.2 系统软件分析  57-59
    4.3.3 系统体外部分软件设计  59-60
    4.3.4 系统体内部分软件设计  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章总结与展望  62-64
  5.1 全文的主要工作总结  62
  5.2 研究工作展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-69
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  69-71

植入式电动关节的经皮控制

内容摘要

全文目录

相似论文