[发明专利]一种基于表面肌电信号的智能轮椅人机协同控制系统

权利要求书

1.一种基于表面肌电信号的智能轮椅人机协同控制系统，其特征在于：包括肌电解码模块、环境检测模块、运动规划模块和运动控制模块；

所述肌电解码模块包括手势检测子模块和肌肉刚度检测子模块；

所述手势检测子模块通过肌电手环采集肌电信号，并识别操作者的当前手势，生成手势信息；手势用于指定目标点的方向和距离；

所述肌肉刚度检测子模块通过六导联肌电传感器采集肌电信号，并识别当前手臂肌肉的刚度，生成肌肉刚度信息；肌肉刚度用于调节轮椅的速度；

所述环境检测模块通过激光传感器检测获得轮椅周围障碍物的位置，并反馈给运动规划模块；

所述运动规划模块用于接收目标点位置信息和障碍物位置信息以及肌肉刚度关联的轮椅速度信息，采用角度势场法规划出轮椅从起点到目标点的安全轨迹；

所述运动控制模块采用反演控制器跟踪运动规划模块所规划的安全轨迹，生成运动指令，以驱动轮椅按照规划的安全轨迹运动。

2.根据权利要求1的一种基于表面肌电信号的智能轮椅人机协同控制系统，其特征在于：所述手势检测子模块包括样本训练单元，所述样本训练单元用于对每一种手势的肌电信号进行采集，建立数据库以保存所有采集的手势样本；对每一个样本，提取出其肌电信号，进行数据处理，筛选出有效的信号段，对该信号段进行特征提取，得到训练样本的特征及样本模型，借助动态时间归整匹配算法训练出能够有效识别手势的K-近邻分类器。

3.根据权利要求2的一种基于表面肌电信号的智能轮椅人机协同控制系统，其特征在于：所述手势检测子模块还包括未知手势识别单元，未知手势识别单元用于将一个新用户的手势作为一个未知手势输入，提取出其肌电信号，进行数据处理和特征提取，与所述样本训练单元训练得到的样本模型进行动态时间归整匹配，通过K-近邻分类器进行判断，以得到未知手势的具体手势类别。

4.根据权利要求3的一种基于表面肌电信号的智能轮椅人机协同控制系统，其特征在于：所述肌肉刚度检测子模块的肌肉刚度d_G由下式计算：

其中a是非线性参数，其范围为[-3,0]，e为自然对数的底，约为2.7183，EMG_p(k)是平滑滤波后的肌电信号，其计算公式如下：

其中，J是平滑滤波滑窗大小，EMG(k)是将六导联肌电传感器在k时刻各个肌电信号EMG_i(k)，i＝1,2,…,6整合后的值，可以通过下式计算：

根据上述公式，可以通过六导联肌电传感器测量的肌电信号计算出手臂肌肉的刚度。