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人体表面肌电信号处理及其在人机智能系统中的应用研究

作　者: 蔡春风
导　师: 杨灿军
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 表面肌电信号(SEMG) 控制信息源触滑觉传感器阈值控制假肢手
分类号: R318
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 350次
引　用: 2次
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内容摘要

表面肌电信号(SEMG)是由多个运动单位兴奋而发放出来的运动单位动作电位序列沿肌纤维传播并经由皮肤、脂肪构成的容积导体滤波后在皮肤表面检测电极处的时间和空间上综合叠加的结果。本文先分析了典型人机智能系统(假肢手)的常用控制信息源，发现表面肌电信号是目前人机智能系统控制中比较理想的控制信息源。而后从肌电信号的产生机理出发，研究了肌电信号的分析方法和常用的建模方法。在此基础上，本文设计了肌电信号处理电路，包括采用仪用放大器INA128的前置放大电路、带通滤波电路和陷波电路。然后用表面肌电电极、PCI-9111数据采集卡和用图形化编程语言LabVIEW设计的采集软件，建立了表面肌电信号采集系统，并用自行开发的这套肌电信号处理系统对上肢肌电信号进行了分析研究。通过实验表明，表面肌电信号可以作为零均值的、具有可控方差σ~2的高斯过程来建立数学模型。最后本文将表面肌电信号采集处理系统应用于典型的人机智能系统——假肢手系统中。本文根据人手的生理结构，设计了假肢手的机械结构，选用步进电机作为其驱动方式，并且开发了一套适用于假肢手的光电式触滑觉传感器，然后设计了基于ATmega8单片机的假肢手控制器。实验中，本文采用了阈值控制方法，利用表面肌电信号的方差特征值作为控制信号来实现假肢手的控制。本文设计实验完成了假肢手的一些基本功能，基本实现了根据人的意识来控制假肢手，为以后我们将表面肌电信号应用于更多的人机智能系统打下基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 肌电信号研究的发展过程  10-11
  1.3 人机智能系统控制信息源研究  11-14
  1.4 国内外相关研究进展  14-18
  1.5 本文研究内容  18
  1.6 本章小结  18-19
第二章肌电信号处理的理论分析研究  19-31
  2.1 引言  19
  2.2 肌电信号的产生机理研究  19-21
  2.3 肌电信号的分析方法研究  21-24
  2.4 肌电信号的数学模型建立  24-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章肌电信号处理系统开发  31-61
  3.1 引言  31
  3.2 肌电信号处理电路设计  31-39
    3.2.1 肌电信号处理电路的要求  31-34
    3.2.2 前置放大电路设计  34-36
    3.2.3 带通滤波器设计  36-37
    3.2.4 陷波器设计  37-39
  3.3 肌电信号处理电路测试  39-43
    3.3.1 增益测试  39
    3.3.2 频率测试  39-41
    3.3.3 小信号测试  41-42
    3.3.4 噪声分析  42-43
  3.4 基于LABVIEW的肌电信号采集系统设计  43-49
    3.4.1 肌电电极的选择  43-45
    3.4.2 数据采集卡介绍  45-47
    3.4.3 LabVIEW程序设计  47-49
  3.5 上肢肌电信号实验研究  49-60
    3.5.1 实验设计  50-52
    3.5.2 上肢肌电信号采集与处理  52-56
    3.5.3 上肢肌电信号分析研究  56-60
  3.6 本章小结  60-61
第四章典型人机智能系统(假肢手)设计  61-74
  4.1 引言  61
  4.2 假肢手结构设计  61-66
    4.2.1 人手结构研究  61-63
    4.2.2 假肢手的结构设计  63-66
    4.2.3 假肢手测试  66
  4.3 触滑觉传感器的设计研究  66-73
    4.3.1 触滑觉传感器分类  66-67
    4.3.2 光电式触滑觉传感器工作原理  67-69
    4.3.3 触滑觉传感器设计  69-72
    4.3.4 触滑觉传感器性能测试  72-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章基于肌电信号的假肢手控制实验  74-87
  5.1 引言  74
  5.2 假肢手控制系统设计  74-85
    5.2.1 假肢手电机驱动方案设计  74-78
    5.2.2 单片机控制电路设计  78-81
    5.2.3 控制算法研究  81-85
  5.3 假肢手样机联调  85-86
    5.3.1 实验设计  85-86
    5.3.2 结果分析  86
  5.4 本章小结  86-87
第六章总结与展望  87-89
  6.1 总结  87-88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-93
致谢  93-94
科研成果  94
  攻读硕士学位期间参与的科研项目  94

人体表面肌电信号处理及其在人机智能系统中的应用研究

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