[发明专利]用于生物机器人的运动神经节电刺激电路及电刺激方法

说明书

本发明提供了一种用于生物机器人的运动神经节电刺激电路，其包括：微控制单元、放大器、至少一个刺激通道；微控制单元包括数模转换器；放大器用于放大输出信号电压幅值，增加刺激电路驱动负载能力，将输入信号放大并输出为至少一个刺激信号；刺激通道与刺激信号数目相同且对应设置，每一刺激通道包括控制IO、模拟开关、地线IO；模拟开关设置于控制IO和地线IO之间，配合微控制单元实现单个刺激通道的电气隔离；模拟开关通过电极接入运动神经节；从生物体引出电极接入地线IO。本发明使用极少的外围电子元器件配合微控制器，实现刺激信号波形动态调整、刺激通道易于扩展、刺激期间无明显压降、单个刺激通道电气隔离的功能。本发明同时提供了相应的电刺激方法。

技术领域

本发明涉及一种用于生物机器人的运动神经节电刺激电路及电刺激方法。

背景技术

生物机器人是根据动物运动行为的神经生物学原理，选取活体动物的相关脑区，将运动功能和现代电子技术、传感技术、网络控制等技术结合来实现对动物脑电信号的人为控制。由于生物机器人研究在神经科学与工程、国家安全等领域具有重要的理论和应用价值，特别是它具有天然隐蔽性和抗恶劣外部(如雷电、大风等)干扰以及具备自身运动能源供给等突出优点，目前已经成为备受关注的国内外前沿研究课题之一。自上世纪90年代末，科学界开始研究生物机器人运动控制技术，它是电子信息技术、微制造技术和神经生物学高度发展与相互融合的产物，是目前交叉学科发展最活跃的领域之一。

生物机器人的电刺激方案需要满足诸多要求。由于生物电刺激存在个体差异性，需要电刺激信号可以动态调整；生物体本身是导体，各个刺激通道之间容易产生串扰；生物体电阻值较大，需要刺激电路具备较强的带载能力。

现有技术中，通过微控制单元控制IO口直接输出电刺激波形。该技术方案的缺陷在于：1、无法根据生物个体差异性对电刺激信号的幅值进行调整；2、无法解决多个刺激通道相互串扰问题；3、驱动负载能力不足。现有技术的方案虽然电路设计简单，但是控制精度和通用性较差。电刺激信号波形需要在设计电路时就要确定，不具备调节能力，需要针对性的定制，无法应用于不同生物平台上。

因此，如何提供一种满足生物体个体差异性要求、通道隔离要求和负载能力要求的电刺激电路及电刺激方法成为了业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于生物机器人的运动神经节电刺激电路及电刺激方法，其主要面对生物个体差异性、通道隔离和负载能力这三个方面对刺激电路进行设计，同时也使该刺激电路兼顾扩展性。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于生物机器人的运动神经节电刺激电路，该电刺激电路包括：

微控制单元，用于调节刺激信号波形；微控制单元包括用于产生输入信号的数模转换器；

放大器，用于放大输出信号电压幅值，增加刺激电路驱动负载能力，以及将来自于数模转换器的输入信号放大并输出为至少一个刺激信号；

至少一个刺激通道，该刺激通道与刺激信号数目相同且对应设置；每一刺激通道包括控制IO、模拟开关、地线IO；其中模拟开关设置于控制IO和地线IO之间，用于配合微控制单元实现单个刺激通道的电气隔离；模拟开关通过电极接入生物体的运动神经节；从生物体引出电极接入地线IO。

本发明中，通过微控制单元(MCU)的数模转换器(DAC)输出参考信号作为放大器的输入端，可实现对电刺激信号幅值的调节，通过控制IO可以实现对刺激信号波形和占空比的调节，从而实现输出的电刺激信号参数可调节。

本发明中，通过模拟开关和地线IO实现对神经节的隔离，从而实现通道隔离，避免各个刺激通道之间产生串扰。

本发明中，通过采用放大器做电刺激电路的输出端，能够大幅提高驱动负载能力，从而实现高驱动负载能力。