基于表面肌電的肘關(guān)節(jié)屈運(yùn)動(dòng)角度檢測與分析.pdf

1、肢體康復(fù)訓(xùn)練是人體機(jī)能恢復(fù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，一些殘疾、中風(fēng)、運(yùn)動(dòng)性損傷患者在治療的后續(xù)階段都要進(jìn)行肢體康復(fù)訓(xùn)練。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練由于受到傷殘等級、康復(fù)效果評定標(biāo)準(zhǔn)不夠客觀和細(xì)致，醫(yī)師勞動(dòng)強(qiáng)大，醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)要求高等因素的影響，康復(fù)訓(xùn)練效果受到制約，將表面肌電應(yīng)用于肢體康復(fù)訓(xùn)練能夠解決這些問題。人體表面肌電信號(hào)(surface electromyography，sEMG)蘊(yùn)含著肌肉力，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度等信息，可以用于患者的肢體運(yùn)動(dòng)機(jī)能的精細(xì)評定，此外，

2、sEMG與外骨骼機(jī)器人結(jié)合協(xié)助患者做康復(fù)運(yùn)動(dòng)，能夠在一定程度上降低對醫(yī)師的要求。而將sEMG做為外骨骼康復(fù)機(jī)器人的控制信號(hào)，必須能夠利用表面肌電信號(hào)預(yù)測關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度，針對這一問題，本文以肘關(guān)節(jié)屈運(yùn)動(dòng)為研究目標(biāo)，采集其相關(guān)肌肉的sEMG，進(jìn)行去噪，特征提取處理，建立sEMG與肘關(guān)節(jié)屈運(yùn)動(dòng)角度的預(yù)測模型，分析不同肌肉sEMG預(yù)測效果的差異，以及不同情況下預(yù)測模型的通用性。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)分析sEMG產(chǎn)生機(jī)理

3、以及影響因素，確定sEMG以及角度的采集方法并選用相應(yīng)設(shè)備。根據(jù)研究目標(biāo)及設(shè)備特點(diǎn)制定了本文的數(shù)據(jù)采集方案，采集上臂與身體平行、垂直，運(yùn)動(dòng)速度為2s、4s四種情況下的數(shù)據(jù)。通過控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確性。
　　(2)將采集到的sEMG進(jìn)行去噪處理并提取其特征值。通過引入去噪效果評價(jià)指標(biāo)，對去噪方法和參數(shù)進(jìn)行評價(jià)和選優(yōu)，提出了一種有效的sEMG去噪方法。分析sEMG在時(shí)域、頻域和時(shí)頻域下信號(hào)的特征，通過比較不同特征與

4、運(yùn)動(dòng)角度的關(guān)聯(lián)度，確定較合適的特征值，從而解決了sEMG多特征值選取問題。
　　(3)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立sEMG（其特征值）與角度之間的預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)了基于sEMG的角度預(yù)測，最好的預(yù)測精度達(dá)到14度。通過分析預(yù)測誤差，發(fā)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)初始位置、運(yùn)動(dòng)速度、肌肉及個(gè)體差異對肘關(guān)節(jié)屈運(yùn)動(dòng)角度預(yù)測的影響較大，預(yù)測模型在各情況下較難實(shí)現(xiàn)通用互換。
　　(4)利用Unity3D構(gòu)建肘關(guān)節(jié)屈運(yùn)動(dòng)仿真場景，采用共享文件的方式實(shí)現(xiàn)采集模塊，預(yù)測