自由运动小型动物肌电信号在体采集和初步分析

摘要

动物机器人利用动物生命体的运动机能和动力供应体制，以生物电信息处理为核心，从动物运动的神经支配入手，实现对动物的运动和某些行为的人为控制，从而利用动物特长代替人类完成人所不能和人所不敢的特殊任务。与传统意义上的机器人相比，动物机器人在能源供给及运动的灵活和稳健性方面具有无可比拟的优势。对原型动物的神经电采集和分析是动物机器人研究中一项基础而又重要的工作。
　　本文首先研制了适用于小动物的肌电信号在体采集与存储装置。该装置体积为3.2 cm×2.5 cm×1 cm（长×宽×高），重量为12 g。系统能以1 KHz/s的采样率同时对来自5个通道的模拟信号连续采样2 h以上，采集到的肌电信号存储到容量为4 GB的TF卡中。基于以上这些特点，该装置能够很方便地安装到动物身上，避免了拖线方式的外在干扰，同时比射频方式的工作半径大。然后利用该装置采集了两种动物在不同实验条件下的肌电信号。大壁虎在跑动状态下，记录外胫屈肌和栖肌的信号，分析这两块肌肉的拮抗性；大壁虎在相对静止状态下，记录四肢屈肌的信号，通过四肢屈肌放电的不同来探索大壁虎不同体位对四肢运动的影响。同时还研究了家鸽起飞过程中最佳负载模式和承载极限，并以该结论为基础，采集家鸽携带负载起飞时胸大肌的肌电信号，探索不同的负载对胸大肌肌电信号的影响。
　　通过两种实验小动物的在体肌电采集实验证明该装置能够应用于小型动物在自由活动状态下身体多部位肌电信号的采集。大壁虎的实验证明大壁虎的外胫屈肌和栖肌呈现出一定的拮抗性；相对于水平状态和竖直状态，大壁虎处于倾斜状态时四肢屈肌放电明显。鸽子的实验证明家鸽携带负载起飞时，龙骨突是其携带负载的最佳位置且承载极限约为其自身体重的25％～28%；胸大肌的胸骨肱肌（sternobrachialis，SB）比胸腔肱肌（thoracobrachilis，TB)的放电强度大，且负载越大，它们的放电簇间隔越短。该课题为动物机器人的深入研究提供了有力的工具和参考。

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缩略词

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外动物机器人的研究概况

1.3生物电采集技术研究进展

1.4电生理

1.5动物的运动

1.6本课题的基金来源和研究内容

第二章 肌电信号在体采集与存储装置的设计与制作

2.1 采集与存储装置的硬件设计

2.2 采集与存储装置的软件编写流程

2.3 实物展示

2.4 采集与存储装置的性能检测

2.5本章小结

第三章 大壁虎相关肌肉肌电信号采集与分析

3.1 手术电极

3.2 大壁虎负重能力分析

3.3 跑动状态下大壁虎后肢肌肉的肌电信号采集

3.4 相对静止状态大壁虎四肢屈肌的肌电信号采集

3.5 本章小结

第四章 家鸽胸大肌肌电信号采集与分析

4.1 家鸽最佳承载模式与承载极限的测量

4.2 家鸽携载起飞时胸大肌的肌电信号采集与分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文