基于表面肌電信號(hào)的膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著人口老齡化社會(huì)的到來(lái)以及交通運(yùn)輸工具的不斷增加，由于生理機(jī)能衰退或交通事故而引起的肢體運(yùn)動(dòng)型障礙患者的數(shù)量急劇上升，其中以膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)障礙患者最為多見，這就為膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展提供了契機(jī)。由于人體肌肉與關(guān)節(jié)和韌帶之間是相互關(guān)聯(lián)的，人體表面肌電信號(hào)(surface Eectromyography,sEMG)與對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及相應(yīng)肌肉的活動(dòng)狀態(tài)也存在有一定的聯(lián)系，可用來(lái)反映人體關(guān)節(jié)和肌肉的不同狀態(tài)。因此，將生物肌電與康復(fù)

2、機(jī)器人相結(jié)合的肌電控制系統(tǒng)具有動(dòng)作自然、仿生性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠在康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中提高患者的主動(dòng)參與程度，進(jìn)一步提升對(duì)患肢的康復(fù)訓(xùn)練效果。
　　 本文旨在研究和開發(fā)一種基于表面肌電信號(hào)的膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)，通過(guò)獲取人體下肢肌肉表面實(shí)時(shí)的表面肌電信號(hào)，提取膝關(guān)節(jié)關(guān)聯(lián)肌肉活動(dòng)的特征信息，并借此控制膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的供氣壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)受傷關(guān)節(jié)的力自適應(yīng)智能康復(fù)訓(xùn)練。本文的主要研究工作如下:
　　 (1)對(duì)肌電識(shí)別人體動(dòng)作的生理

3、學(xué)依據(jù)，以及表面肌電信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理、特點(diǎn)和特征提取方法進(jìn)行闡述，為后續(xù)的表面肌電信號(hào)的采集與處理以及表面肌電控制膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的研究提供理論基礎(chǔ)。
　　 (2)針對(duì)表面肌電信號(hào)信號(hào)微弱、信噪比低、易受周圍噪聲干擾、較難采集等問題，自行設(shè)計(jì)了表面肌電信號(hào)調(diào)理器。該信號(hào)調(diào)理器主要由兩級(jí)放大電路和濾波電路兩部分組成:前置放大器和后級(jí)可變?cè)鲆娣糯笃骺蓪⒈砻婕‰娦盘?hào)進(jìn)行適當(dāng)倍數(shù)的放大;通過(guò)設(shè)計(jì)并合理安置高通濾波器、50Hz陷波器和低通濾

4、波器，可有效消除表面肌電信號(hào)中混入的低、高頻干擾以及國(guó)家電網(wǎng)產(chǎn)生的50Hz工頻干擾。在表面肌電信號(hào)調(diào)理器的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于LabVIEW的表面肌電信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可完成對(duì)表面肌電信號(hào)的采集與實(shí)時(shí)顯示、信號(hào)截取、信號(hào)回放、信號(hào)分析以及信號(hào)保存等功能。
　　 (3)針對(duì)不同的人體對(duì)象進(jìn)行了下肢膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)表面肌電信號(hào)的采集實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證所開發(fā)的表面肌電信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的有效性。實(shí)驗(yàn)采集了膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人主、被動(dòng)不同康