[发明专利]一种功能性电刺激下肘关节力矩的在线估计方法

权利要求书

1.一种功能性电刺激下肘关节力矩的在线估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：离线采集在功能性电刺激下肘关节的力矩、角度和角速度信号，并对其进行预处理；将处理后的力矩、角度、角速度信号作为校正量，结合功能性电刺激强度变化，利用扩展型卡尔曼滤波器对肘关节肌肉骨骼模型系统进行参数辨识，对肘关节肌肉骨骼模型进行离线预建模；

步骤S2：通过在线采集肘关节在功能性电刺激下的角度和角速度信号，并同时对其进行预处理，然后将处理后的角度、角速度信号作为校正量，结合功能性电刺激强度变化，将步骤S1预建模辨识的参数作为初值，利用扩展型卡尔曼滤波器对预建模的肘关节肌肉骨骼模型系统参数进行实时自适应更新，实现对肘关节力矩信号的在线估计。

2.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激下肘关节力矩的在线估计方法，其特征在于：所述肘关节肌肉骨骼模型的状态空间方程的状态变量x，输入u分别为：

x＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ x₆]′；

式中，x₁表示肘关节角度，x₂表示肘关节角速度，x₃表示肱二头肌的肌肉激活，x₄表示肱二头肌肌肉激活的过程量，x₅表示肱三头肌的肌肉激活，x₆表示肱三头肌肌肉激活的过程量，u₁、u₂均表示系统输入信号，pw₁表示刺激肱二头肌的电刺激强度，pw₂表示刺激肱三头肌的电刺激强度，t表示时间，T_d表示肌肉生理响应延迟；

所述肘关节肌肉骨骼模型的状态空间方程为：

y＝g(x)

式中，J表示转动惯量，M表示肘关节力矩，w₀与w₁均表示无阻尼固有频率，D表示为钙离子动力学阻尼因子，st(u₁)表示u₁的刺激水平，st(u₂)表示u₂的刺激水平，g(x)表示系统输出方程，f(x,u)表示系统状态方程；

用一阶差分方程近似微分，将肘关节肌肉骨骼模型转换为离散状态空间结构：设输入量和状态量在两个周期之间为常数，kT_s≤t<(k+1)T_s；即x_k＝x_k-1+T_s·f(x,u)，其中，T_s为采样周期，则模型离散状态空间表达式为：

y_k＝g(x_k)；

式中，k是迭代循环数，x_k是k时刻的离散状态变量，x_k-1是k-1时刻的离散状态变量，x_1,k-1,...,x_6,k-1分别是k-1时刻的x₁,...,x₆，y_k是k时刻的离散输出变量，f(x_k-1,u_k-1)表示系统离散状态方程。