[发明专利]基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统

权利要求书

1.一种基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，其特征在于：包括仿生辅助装置、肌电信号处理模块、仿真驱动模块以及使用者数据库；所述肌电信号处理模块通过仿真处理方法将采集的肌电信号进行处理和仿真，然后将信号发送至仿真驱动模块，仿真驱动模块对仿生辅助装置进行运动模式控制，使用者数据库是记录使用者自身运动习惯和强度，并根据运动行为由专家手动或者算法自动调整肌肉电信号的处理算法和仿真输出时间和幅度；经过处理后的肌电信号储存在使用者数据中，当采集的肌电信号与使用者数据库相匹配时，向肌电信号处理模块发出特定的运动模式，所述肌电信号处理模块对肌电信号进行处理和仿真处理过程包括以下程序步骤：

1)选取完成特定动作的相关肌肉或肌肉群；

2)利用表面电极提取表面肌肉信号；

3)消除白噪声，环境电磁信号，自身肢体运动产生的低频信号；

4)频域谱分析，滤波，转换回时域一维信号；

5)拟合单一肌肉在指定运动动作中收缩强度变化曲线，肌肉反应时间，收缩时间，衰减时间；

6)两组或者多组肌肉在同一指定动作中的各个相关参数的相关性分析和曲线拟合；

7)仿真建模对指定动作的各个肌肉群的肌电信号及相关时间和强度关系；

8)存储和发送信号给外接控制器；

9)仿真手/臂/脚/腿完成肌肉输出信号的指定动作。

2.根据权利要求1所述的基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，其特征在于：所述仿生辅助装置包括根据用户情况3D打印的可穿戴仿生手/臂/脚/腿。

3.根据权利要求1所述的基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，其特征在于：所述仿真驱动模块包括电机驱动电路。

4.根据权利要求1所述的基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，其特征在于：所述运动模式包括握拳、展开、OK、V型手势。

5.根据权利要求1所述的基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，其特征在于：所述步骤7)仿真建模流程如下：

肌肉表面电信号由多个肌肉运动单元组产生的电脉冲组成，运动单元组产生的电脉冲由每个单元组中的无数单一肌肉纤维电脉冲组成，其中，

7.1)运动单元组产生的电脉冲V_mui，

其中，V_mui可以由公式2推导得出；i＝1～n，Vmuti是各个单一运动单元组产生的电脉冲数，n为正整数；fr_i是运动单元释放率，并且遵循泊松分布；

7.2)单一运动单元组产生的电脉冲V_mu，

其中，是基于一个给定运动单元中的单一肌肉纤维电脉冲；N_f是肌肉纤维数；

7.3)每一个运动单元组的肌肉收缩时间，

其中，n＝1，2，...，N_mu；N_mu是基于给定肌肉包含的运动单元的数量；fr是运动单元释放率中值，默认值为fr＝85ms；

7.4)单一肌肉纤维电脉冲V(x，y，z)，

其中，肌肉纤维细胞间电脉冲e_i(z)；

7.5)肌肉纤维细胞间电脉冲e_i(z)，

e_i(z)＝96z³e^-z-90 (5)

其中e_i(z)是肌肉纤维细胞间电脉冲；z是轴向方向距离，单位毫米；s是纤维截面；σ_i是细胞间传导率；σ_m是肌肉传导率；r是纤维截面到观察点的距离；

7.6)肌肉传导率σ_m，肌肉轴向传导率σ_z和肌肉径向传导率σ_y

7.7)根据格林定律，单一肌肉纤维电脉冲可以推导如公式(7)，

其中，s1，s2是肌肉纤维两端的截面，S是肌肉纤维截面；

其中，d是纤维直径。