[实用新型]基于肌电信号的机械臂控制系统

说明书

本实用新型公开了一种基于肌电信号的机械臂控制系统，包括电极、机电信号采集装置、信号处理与控制装置以及外部执行与显示装置，机电信号采集装置包括信号放大电路、信号滤波电路、A/D转换电路，信号处理与控制装置包括NI采集卡、PC机、单片机、稳压电路，外部执行与显示装置包括虚拟仿真装置以及机械臂。本实用新型通过两级放大器将肌电信号放大，并通过滤波电路和调零电路消除干扰；通过基于肌电信号的机械臂控制系统，通过建立肌电假肢控制电路，从采集的肌电信号中提取能够代表信号信息的特征，至对信号进行解码来预测出使用者的意图；本实用新型可以精确提取微弱肌电信号，避免外电场和电路噪音的影响。

技术领域

本实用新型涉及肌电信号驱动的6自由度机械臂，属于医疗康复器械领域，更具体的提出了一种基于肌电信号的机械臂控制系统。

背景技术

肌电信号 (EMG) 发源于作为中枢神经一部分脊髓中的运动神经元，是电极所接触到的许多运动单元发放的动作电位的总和，反映了神经肌肉的活动、功能状态。表面肌电信号是从人体骨骼肌表面通过电极记录下来的神经肌肉活动发放的生物电信号。表面肌电信号的应用已经深入到临床医学、运动医学、生物医学与康复工程等诸多领域。

由于肌电信号来源于人自身的电信号，因此肌电信号具有直接、自然的特点，可用于人类运动和生物机械的研究。传统的肌电假肢控制采用阈值控制的方法，它的控制理论基于肌电信号可近似认为是一种具有可控方差的零均值高斯过程。由于受到生物/机械系统接口技术的限制以及 EMG 信号处理的约束，使得 EMG 控制假肢不能具有很多独立驱动单元以及复杂的控制系统，因此目前绝大多数的 EMG 控制假肢手只有 1 个自由度，不具有抓取形状自适应能力，同时抓取稳定性和灵巧性也比较差。随着先进的信号处理技术及高性能微处理器的出现，通过模式识别的方法对体表肌电信号进行解码，进而实现多功能假肢控制的思想成为可能。

研究和开发基于模式识别的肌电假肢控制系统，改善和提高假肢的操控性能，不仅可以提高广大截肢者的生活品质和就业机会，也将会大大地降低国家、企业及家庭为他们所付出的服务成本。

实用新型内容

1、本实用新型的目的。

本实用新型为了使假肢使用者可以自然而直接的选择和完成他们想要做的各种不同肢体动作，克服传统肌电假肢控制的不足，实现有直觉、多自由度假肢的仿生控制。

2、本实用新型所采用的技术方案。

本实用新型公开了一种基于肌电信号的机械臂控制系统，包括电极、机电信号采集装置、信号处理与控制装置以及外部执行与显示装置，机电信号采集装置包括信号放大电路、信号滤波电路、A/D转换电路，信号处理与控制装置包括NI采集卡、PC机、单片机、稳压电路，外部执行与显示装置包括虚拟仿真装置以及机械臂；

电极将机电信号输入机电信号采集装置中的信号放大电路后，通过信号滤波电路进行滤波再由A/D转换电路进行信号转换，输入到信号处理与控制装置；

信号处理与控制装置的NI采集卡电路接收到信号数据信息后传输到PC机，PC机与外部虚拟仿真装置相连显示信号数据信息；同时PC机与单片机相连，将数据信号信息传输至单片机，稳压电路与单片机相连进行电路稳压，单片机将执行动作信号传输至机械臂。

更进一步具体实施方式，所述的信号放大电路包括两级放大电路。

更进一步具体实施方式，信号滤波电路为低通滤波器和带阻滤波器。

更进一步具体实施方式，所述的信号放大电路中的主放大电路放大后连接低通滤波器和带阻滤波器，再经过二级放大电路。

更进一步具体实施方式，还包括调零电路连接放大电路。

更进一步具体实施方式，所述的主放大器初步为差分放大器，放大至2000倍以上。