[发明专利]基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统

说明书

本发明公开了一种基于人体肌肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，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，达到利用人体自身表面肌肉信号控制可穿戴假手/臂/脚/腿的目的。

技术领域

本发明一种新型仿生假肢运动领域，尤其是一种基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统。

背景技术

假肢作为截肢者的必需品，在全球众多肢体残疾的患者中，仅有少数人能负担得起佩戴假肢。现在市场上的假肢大部分是装饰性假肢，外观设计跟真实手臂一样，但没有任何功能；部分假肢开始尝试通过生物电流信号来控制其运动，商业化后价格昂贵，且手势单一，一般家庭难以承受。

目前的仿生手/臂/脚/腿，大部分是装饰性作用，没有实质的器官功能；并且设计单一标准化，对具体的个性化需求，例如形状，大小，链接方式，适用性低；部分研究机构可以提供，通过肌电或者脑电控制的仿生手/臂/脚/腿，存在着成本高，算法不稳定，运算时间长。目前市场上的通过肌电的解决方案，一般直接对单一肌肉表面信号进行信号幅度采集，用于作为肌肉触发指定运动的指令。现存的方法会受到周围电磁信号，本身人体运动低频信号，电机带入噪声，其他肌肉族群信号，深部肌肉信号及白噪声的影响。导致运动指令不明确和主观意识运动不可按质按量的完成。目前实验室的解决方案，为了避免上述的信号干扰，使得信号更加完整和精确，大量的运行后台算法，例如小波分析，而这样大量的运算对处理器的速度和能力要求很高，配置在现有的可穿戴假手/臂/脚/腿中虽然单一信号处理精度提高了，但成本大大提高，运算稳定性反而降低，仅适用于实验室科研，不适用广泛的市场推广。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于人体肌电信号控制的上下肢运动辅助系统，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下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。

进一步地，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。

进一步地，所述仿真驱动模块包括电机驱动电路。

进一步地，所述肌电信号处理模块包括以下程序步骤：

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；通过表面电极在皮肤表面提取的肌肉信号内参杂着大量的外界环境和自身运动产生的低频信号，对提取的表面肌肉电信号进行频谱分析，将时域一维数字信号转换到其频域，从而获得各个信号源产生的信号的频谱信息，在频谱0Hz-500Hz的频域信号里，通过低通和带通滤波器，消除环境噪声(50Hz信号)，运动低频信号(小于2Hz信号)，深层肌肉产生的干扰信号，使得最终用于仿真输出的信号频谱落于8Hz-500Hz之间，并将其转换回时域信号空间。