[发明专利]基于表面肌电信号与足底力的地形分类装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于表面肌电信号与足底力的地形分类装置，并进一步公开了采用该装置实现的基于表面肌电信号与足底力的地形分类方法。分类方法中，受试者在选定肌肉表面贴上肌电电极贴片组，在足底选定位置处粘贴压阻片，然后按照一定指导，完成不同地形的行走任务；然后进行数据预处理与特征提取；将不同地形下提取出的特征作为机器学习模型的输入，进行分类模型的训练，并测试分类模型的准确率，调整参数，优化模型。本发明考虑了不同地形对人体肌电信号的影响，并通过实验进行量化，以简单的机器学习模型进行分类，提高了可穿戴式辅助设备智能性与安全性。本发明适用于医疗设备技术领域。

技术领域

本发明属于医疗康复技术领域，用于将足底力信号与表面肌电信号综合进行分类，具体地说是一种基于表面肌电信号与足底力的地形分类装置及方法。

背景技术

肌电信号(EMG)是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电信号(SEMG)是浅层肌肉和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应。表面肌电信号能够反映使用者的肌肉活动状况。根据表面肌电信号能够提前预知使用者的期望动作，这为下肢行动受限患者的康复训练起到了重要作用。目前，表面肌电信号的检测已经被广泛地用于外骨骼、智能假肢等可穿戴式的辅助康复设备的控制当中。

然而，表面肌电信号是在中枢神经调配下由患者主观发出的一种生物电信号，若患者对周围环境如地形变化的感知受限，其表面肌电信号将缺乏有效的反馈。

现有技术已有的基于表面肌电信号的下肢康复设备都主要只针对平地行走的情况进行检测，缺乏对表面肌电信号因环境变化的校正反馈。上述技术缺陷不仅令使用者舒适度降低，还因地形切换而存在较大安全隐患。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种基于表面肌电信号与足底力的地形分类装置。

本发明还有一个目的，是要提供一种基于表面肌电信号与足底力的地形分类方法。该方法以表面肌电信号作为输入，利用足底力传感器提供反馈，进行实时地形分类，具有准确度高，复杂度低，便携易测的优点，提高了辅助式设备的通用性，安全性与智能性。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种基于表面肌电信号与足底力的地形分类装置，包括前端信号采集部分、数据预处理部分、特征提取部分和机器学习模型建立部分；特征提取部分和机器学习模型建立部分均设置在PC端；

所述前端信号采集部分包括表面肌电信号采集单元和足底力采集单元；

所述数据预处理部分包括表面肌电信号预处理单元和足底力信号预处理单元；

所述表面肌电信号采集单元的输出端通过表面肌电信号预处理单元与特征提取部分的第一输入端相连，足底力采集单元的输出端通过足底力信号预处理单元与特征提取部分的第二输入端相连；

所述特征提取部分的输出端与机器学习模型建立部分的输入端相连。

作为限定：所述表面肌电信号采集单元包括肌电电极贴片组，表面肌电信号预处理单元采用便携式肌电仪，肌电电极贴片组与便携式肌电仪的输入端相连，便携式肌电仪的输出端与特征提取部分的第一输入端相连；

所述足底力采集单元包括压阻传感器，足底力信号预处理单元包括串联的有源线性放大电路、单片机和蓝牙模块，蓝牙模块的输出端作为足底力信号预处理单元的输出端，蓝牙模块的输出端与特征提取单元的第二输入端相连。

一种基于表面肌电信号与足底力的地形分类方法，采用上述的基于表面肌电信号与足底力的地形分类装置实现，该方法按照以下步骤顺序进行：

一、安装实验装置，完成不同地形下数据的采集

在选定的腿部肌肉表面安装表面肌电信号采集单元，同时在选定的足底区域安装足底力采集单元；