(硕士论文)外骨骼控制系统中表面肌电图信号的处理和识别.pdf

摘要关键词:外骨骼;表面肌电信号;模型;神经网络;人手动作模式对于外骨骼装置的研究,早在世纪年代就已经在固外出现。然而由于受技术条件以及材料的限制,外骨骼的研究一直处于缓慢发展阶段。进入世纪,随着美国的轮夤趋篮屯镜腍外骨骼助力系统的出现,国内外对外骨骼的研究进入了一个新的阶段:具有强力度的轻质材料逐渐出现;控制方法更加灵活智能;能量源的设计及持久使用研究进一步发展。此外,另一项新出现的研究就是表面肌电信号在外骨骼控制系统中的应用。肌电信号的模式识别是肌电应用于控制的基础。随着信号处理方法和计算机技术的发展,如何从表面肌电信号中提取有效信息并实现准确的动作识别,是肌电控制外骨骼的实用化基础。本文在对目前已有的表面肌电信号的特征提取和分类方法进行广泛调研和深入分析的基础上,深入讨论了如何由身体表面采集的肌电信号来识别上肢的不同运动模式。其目的是为肌电控制的实用化提供理论依据,提高波形识别的准确率和速度。主要研究内容及所作的创新点如下:捎帽砻婕〉缧藕偶觳庖荕崛∩现ū砻婕电信号,采用参数模型方法对肌电信号的特征提取方法进行了探讨。表面肌电信号的分析和预处理使用长度为母嫡忠侗浠唬∪窗的长度为M过对肌电信号的分析,对其建立四阶参数模型,采用改进的瓹算法对肌电信号模型的系数进行估计。实验证明,采用参数模型方法,能够提高信号处理的速度,且由于参数模型本身的特点,受外界环境的干扰较小,稳定性较高。谌耸肿稣谷⑽杖⑶氨勰谛⑶氨弁庑炔煌魇辈杉降募〉缧号,首先提取其有效的动作信号,再利用参数模型法提取特征,设计网络的输入层为錾窬计算的特征系数数目为,输出层神经元数目为待分类的动作模式为。选择从健康受试者ú杉楸砻婕〉缧藕抛魑J笛数据,采用网络作为分类器对不同动作进行分类识别,取得了较为满意的结果。
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⒄瓜肿长久以来,人类就希望能利用机器来增强人类肌肉的力量和感知能力,同时保留人的灵活性和直接操作的感觉。人机交互科学、人工智能神经网络以及传感器等现代科学技术的研究与发展为我们提供了实现梦想的手段。外骨骼助力装置的发展借鉴了行走式机器人、仿人机器人等机器人技术,同时又引入人机结合这一智能化特点。基于肌电信号的外骨骼助力装置是机械、电子、电气和生物医学技术等发展的必然结果,这将为辅助型机器人的发展打下进一步的基础。人口老龄化不仅仅是人口结构的变化,对我国政治、经济、社会都将带来重大影响。老龄化的加快使社会上慢性病患者的不断增多,也推动了国际国内康复事业的发展。外骨骼系统作为康复型设备,它可以辅助病人进行康复性运动训练,通过预定的运动轨迹指导病人恢复运动或者是给病人提供辅助的外力。康复医疗的价值还体现在解决临床医疗所难以解决的问题,包括长期的功能障碍或丧失,维护残障人士的权益,使患者尽可能恢复正常的社会生活。外骨骼助力装置是一种可以让人穿戴的人机一体化机械装置,它将人类的智力和机器人的“体力”结合在一起,靠人的生物信号及智力来共同控制,通过外骨骼给人提供助力。目前研究的外骨骼助力装置主要是分为上肢和下肢两类。下肢外骨骼助力系统用于远距离行走时给人提供外力和负重。残障人士穿戴后,可以增强他们的同常行走以及工作劳动。在工厂、消防等特殊环境下,它可以用来承担体力劳助力。上肢外骨骼助力装置主要是用于上肢康复训练,此外,它还可以给人体的上美国通用电气早在世纪年代术首次研究外骨骼助力系统,是当时研制的全身的外骨骼杓朴糜谠黾邮勘母褐啬芰Γ刂品矫娌用主涌刂葡低峁褂汕嶂省⒂写ǜ泄δ艿哪诠趋篮统性刂动的工人的绝大部分负重。同样,它也可以用于同常生活中,为老年人的行走提供肢活动提供助力,使人能够承受更多的负重。青岛人学硕十学何论文
萨物的外骨骼组成。山于控制方曲的不?匦砸约芭级夤趋赖拿土以硕庀钛芯没有取得成功A硗庖幌钤缙谕夤趋赖难芯渴恰じ自山度的人体ο低常由两根轴连接组成【。此外,外骨骼系统被设计用于神经功能较弱的病人的恢复治疗以及’航员的太空练习,俊,。该系统外形小巧,高米,重千克,供电电池局ù笱住年研制丌发了机器人装混合助力腿第‘章绪论图结构O低辰峁埂
使用直流电,可持续使用∈薄;低夤趋腊蟾吭谌送鹊牧讲啵贴住腿部美幽加州人学伯克利分校机器人和人体:程实验窄研制出美军“伯克利下肢外腿及相应的液压驱动设备组成,机械系统采用了与人类人形结构午频纳杓疲嘲式外架能够使使用者携带一定负荷,其有效作用力直接经山外骨骼传罕地面。使川者穿上它可以自由的做蹲下、弯腿、跳跃、摆腿、行走及跑步等各种下肢运动。为了进一步达到精确性及灵活性,当电源不足时,该系统可以拆下折叠成⋯个背包。系统””。初步介绍了系统原型以及外骨骼支架、附加的柔性腰部结构以及附着在脚部的传感器等予