肌电假肢织物电极及其信号采集处理技术研究.pdf

硕士学位论文

肌电假肢织物电极及其信号采集处理技术的
研究


STUDY OF TEXTILE ELECTRODES AND SIGNAL
PROCESSING TECHNOLOGY IN MYOELECTRIC
PROSTHESES CONTROL


陶丹丹










哈尔滨工业大学
2011 年 12 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:621 密级:公开




工学硕士学位论文

肌电假肢织物电极及其信号采集处理技术的
研究



硕士研究生: 陶丹丹
导师: 周超英教授
副导师李光林研究员
申请学位: 工学硕士
学科: 机械工程
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2011 年 12 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 621



Thesis for the Master Degree in Engineering



STUDY OF TEXTILE ELECTRODES AND SIGNAL
PROCESSING TECHNOLOGY IN MYOELECTRIC
PROSTHESES CONTROL




Candidate: Tao Dandan
Supervisor: Prof. Zhou Chaoying
Associate Supervisor Research Fellow Li Guanglin
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Mechatronics Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: December, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
人体在不同的生理状态下会产生不同的生理电信号,通过电极采集生理电信
号进行模式识别就可以分析出人体的生理状态。传统的针电极,表面金属电极和
贴片电极等,在临床应用的过程中使用不方便,需要较高的专业技巧,导致患者
皮肤过敏、皮炎甚至损伤。随着穿戴式医疗监护设备技术的发展,出现了新型的
织物电极技术。织物电极使用便捷,应用灵活,可清洗折叠,反复、长期应用,
并且不会对人体造成任何不适和伤害。所以,织物电极可以广泛的应用在临床病
理诊断,医疗监护系统等各种临床实践中。本文详细的分析研究了织物电极,以
及将其应用于多功能肌电假肢的实时控制系统中,主要研究内容如下:
首先,研究分析了传统临床应用电极所存在的缺陷和织物电极在各个领域的
发展现状,根据所需电极特性制定了织物电极制作方案。该方案参考了传统电极
的性能又避免了传统电极存在的问题,发挥了织物电极的优良特性。
其次,通过研究分析织物电极的函数转换,皮肤-电极阻抗以及电极结构、位
置等设计原理,从电极的制作工艺、电极导电材料和基材的选择以及电极的结构
形态等方面完成了织物电极的设计与制作,建立了完整的织物电极信号采集系统,
并对制作出的织物电极进行了电极阻抗、皮肤-电极阻抗、信噪比和信号幅值等方
面的性能分析。
最后,将织物电极信号采集系统应用于多功能肌电假肢虚拟现实的控制系统
中。设计了基于织物电极的实时控制实验,在实验中,受试者通过织物电极信号
采集系统控制虚拟现实中的肌电假肢完成十个腕部和手部动作,证明了织物电极
可以应用在多功能肌电假肢控制系统中,验证了本研究在实际应用的可行性和重
要性。

关键词:织物电极;实时控制;多功能肌电假肢;肌电信号
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The human body produces different physiological signals when people are in
different physiological conditions. The physiological pattern recognition can estimate
the physiological state through recording s