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表面肌电信号分析与实时系统构建

作　者: 王玉珏
导　师: 王行愚
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 表面肌电信号短时傅立叶变换实时平台光标控制运动意图
分类号: R318.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

表面肌电信号是由人体肌肉活动所引起的一种生理电信号。当人体进行相同的动作时,其相关肌群处的表面肌电信号呈现出一种可重复的固有模式。因此,通过对表面肌电信号进行分析,可以获得其中蕴含的与肌肉活动相关的特征。本课题是围绕着构建基于表面肌电信号的实时控制系统这个目的逐步展开的,主要解决了表面肌电信号特征如何提取、控制命令如何获取以及实时系统如何构建等问题。首先,对实验环境下采集到的表面肌电信号进行分析,利用短时傅立叶变换提取了左右肩膀和左右小腿处肌群的收缩状态的特征作为控制命令,同时考虑了惯用手的个体差异以及心电干扰等因素对肌电特征的影响。所提出的基于左右肩膀和左右小腿处肌群的收缩状态的控制命令提取方法准确率高,处理速率快,能够较好地反映肌肉活动的状态。其次,结合实际的实验条件,构建了一个生物电信号实时处理平台。该平台集成了数据采集,数据分析和控制命令提取等功能模块,能够适用于肌电等各类生物电信号的实时分析和控制。最后,在肌电信号分析方法和实时平台的研究基础上,实现了基于表面肌电信号的光标实时控制系统。该系统操作简单且容易上手,实时性能良好,控制命令转换的准确率高。此外,分析了肌电信号与运动意图的关联,对人体上肢肩、肘关节运动意图判定开展了研究。通过对表面肌电信号进行分析,实现了人体上肢的实时运动意图实时提取。能够为辅助手臂装置的运动控制提供新的控制模式,有应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题研究的目的和内容  11-12
  1.4 章节安排  12-13
第2章表面肌电生物学基础  13-22
  2.1 肌电信号的测量方式  13-14
  2.2 神经肌肉控制系统  14-16
  2.3 动作电位的形成  16-19
  2.4 动作电位与表面肌电  19-21
  2.5 小结  21-22
第3章表面肌电与人机交互  22-29
  3.1 表面肌电的分析方法  22-26
    3.1.1 时域分析方法  22-24
    3.1.2 频域分析方法  24
    3.1.3 时频分析方法  24-26
  3.2 基于表面肌电的人机交互系统  26-28
    3.2.1 表面肌电信号用于假肢控制  26-27
    3.2.2 表面肌电信号中的控制命令提取  27-28
  3.3 研究中存在的主要问题  28
  3.4 小结  28-29
第4章从表面肌电信号中提取控制命令  29-36
  4.1 数据采集  29-30
  4.2 处理方法  30-31
    4.2.1 惯用的手判定  30-31
    4.2.2 控制信号的提取  31
  4.3 实验结果  31-34
    4.3.1 对被试惯用手的判断  31-33
    4.3.2 控制信号提取结果  33-34
  4.4 讨论  34-35
  4.5 小结  35-36
第5章实时生物电信号实验平台的构建  36-44
  5.1 平台基本功能描述  36
  5.2 平台的硬件结构  36-39
  5.3 平台的软件结构  39-43
  5.4 平台的性能分析  43
  5.5 小结  43-44
第6章基于表面肌电信号的实时系统  44-56
  6.1 基于表面肌电信号的光标控制系统  44-48
    6.1.1 实验设计  44-45
    6.1.2 数据处理方法  45-46
    6.1.3 实验结果  46-48
    6.1.4 讨论与结论  48
  6.2 基于表面肌电信号的人体上肢运动意图判断  48-55
    6.2.1 运动意图的获取方式  49
    6.2.2 实验设计  49-52
    6.2.3 数据处理方法  52-54
    6.2.4 实验结果  54-55
  6.3 小结  55-56
第7章总结与展望  56-58
  7.1 工作总结  56
  7.2 研究展望  56-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63

表面肌电信号分析与实时系统构建

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