表面肌电信号用于假肢控制的研究

摘要

由于肌电控制假肢具有直接、自然的特点，利用表面肌电控制的假肢已成为外部动力假肢中数量占绝对优势的一类。但肌电假肢也存在一些问题，如肌电控制假肢患者肌肉易疲劳，信息模式的重复再现性差，模式亦不稳定，外电场对其干扰严重等。 本文讨论了用于假肢控制的表面肌电信号提取的一般特点，提出了提取表面肌电的前置电路应具有的品质，并且选用新型IC器件实现了一种品质良好的前置放大器及滤波电路。利用数据采集卡DAQ2006和LabVIEW软件平台搭建了表面肌电信号采集系统。为了评价设计的电路，利用这些装置，设计了一组实验，对电路做了一系列测试，并且通过与现有肌电仪NORAXOMMYOSYSTEM1200的比对，提出存在的问题。 利用采集到的表面肌电信号，本文对表面肌电信号的数学模型作了验证。实验表明，表面肌电信号可以作为零均值的、具有可控方差σ2的高斯过程来建立数学模型。 人手是一个复杂而灵巧的器官，参考商品化的假手，本课题设计了简易的假手机械装置，主要目的是验证肌电信号对假手的控制作用。 肌电阈值控制尽管是一种简单的假肢控制方式，但这种方式控制简单、可靠。本文采用新型电子集成芯片，给出一种新型肌电假肢的阈值控制驱动方案，克服以往分立元件组成的电路元件多、体积大、功耗大、抗干扰能力弱的缺点，有希望将假肢成本降下来。实验表明，该电路工作稳定，假肢误动作率低。

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究状况

1.3本课题研究的意义和主要内容

第二章肌电信号的机理及其数学模型

2.1肌肉运动中的电过程及表面肌电

2.2肌电信号的数学模型

第三章肌电信号采集系统设计

3.1表面肌电信号(SEMG)前置电路设计

3.1.1对前置电路的基本要求

3.1.2前置放大器设计

3.1.3滤波器设计

3.1.4电源设计

3.2采集系统设计

3.2.1生物电极选择

3.2.2数据采集卡

3.2.3虚拟仪器设计

3.3放大及滤波电路测试

3.3.1增益测试

3.3.2频率测试

3.3.3小信号测试

3.3.4噪声分析

第四章肌电信号用于假肢控制

4.1机械部分设计

4.2驱动方式选择

4.3假肢控制电路设计

4.3.1前置放大级设计

4.3.2整流滤波和开关电路设计

4.3.3电动机驱动设计

第五章实验

5.1肌电信号采集实验

5.1.1实验设计

5.1.2表面EMG信号的测试分析

5.1.3与肌电仪的比对

5.2肌电信号控制假肢实验

5.2.1实验设计

5.2.2实验结果

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢