[发明专利]一种基于肌电信号的肘关节康复装置及训练系统

权利要求书

1.一种基于肌电信号的肘关节康复装置，其特征在于：所述装置包括肌电信号传感器、驱动电机、肘关节屈伸机构、小臂旋转机构、外骨骼支架及上位机；所述肘关节屈伸机构、小臂旋转机构均设有与上位机连接的驱动电机；其中，肌电信号传感器用以检测人体上臂的肌电信号，其提取到的肌电信号经过预处理、特征提取后导入上位机，以基于BP算法构建的神经网络模型进行模式分类；根据分类结果控制肘关节屈伸机构或小臂旋转机构的驱动电机，使康复装置驱动肘关节屈伸或小臂旋转，进行主动康复训练。

2.根据权利要求1所述的一种基于肌电信号的肘关节康复装置，其特征在于：所述外骨骼支架包括相连的小臂支架(1)和大臂支架(3)；小臂支架上设置有多对小臂支撑环(2)，大臂支架上设置有多对大臂支撑环(4)，支撑环与支架之间通过紧固件连接；大臂支架、小臂支架采用便于臂部穿戴的半开放式结构，支架处设有可调节支撑环位置的孔洞；所述半开放式结构设有由柔软材料制作的内衬，以及可固定手臂的弹性松紧魔术贴。

3.根据权利要求2所述的一种基于肌电信号的肘关节康复装置，其特征在于：所述肘关节屈伸机构包括小伞齿轮(7)、大伞齿轮(8)、一号驱动电机(5)以及各连接构件，其中一号驱动电机(6)数量为两个，通过紧固件对称固定在大臂支架(3)的内侧和外侧，其驱动电机输出轴端旁固定有小伞齿轮(7)，大伞齿轮(8)与电机输出轴端的小伞齿轮(7)啮合，大伞齿轮(8)通过紧固件固定在大小臂支架的连接处，一号驱动电机轴线方向与大臂支架(3)方向平行，上位机控制其两个一号驱动电机同步协调运动，驱动肘关节屈伸机构做屈伸动作；

所述小臂旋转机构包括直齿轮(9)、圆弧齿条(10)、二号驱动电机(6)以及各连接构件，其中二号驱动电机(6)数量为两个，通过螺钉对称固定在小臂支架(1)的内侧和外侧，驱动电机输出轴端旁固定圆弧齿条(10)，圆弧齿条与电机输出轴端的直齿轮(9)外啮合，圆弧齿条(10)通过螺钉固定在小臂支架(1)上，然后与大臂支架(3)连接；二号驱动电机轴线方向与小臂支架(1)方向平行；上位机控制其两个二号驱动电机同步协调运动，驱动小臂旋转机构做旋转动作；

所述肌电信号传感器为可将肌电信号放大约两千倍以上的肌电信号采集装置，包括肌电信号电极、前端放大电路、滤波电路、后放大电路；肌电信号采集装置为预埋于大臂支架、小臂支架的内衬处的多通道肌电设备，用于分别采集小臂的多个肌群肌电信号，肌群包括小臂的拇长伸肌、指浅屈肌、食指固有伸肌和小指固有伸肌；当肘关节康复装置穿戴于臂部时，肌电信号电极中的参考电极贴在肌肉较少处以获得正确的参考电位。

4.一种基于肌电信号的肘关节康复训练系统，采用基于肌电信号的肘关节康复装置，其特征在于：其康复训练方法包括以下步骤

步骤一：将肌电传感器贴在手臂肌肉处，手臂执行肘关节屈曲向上、肘关节伸展向下、小臂顺时针旋转、小臂逆时针旋转四个动作，上位机采集这些动作下的肌电信号的数据样本；

步骤二：对肌电信号数据样本进行预处理，以降低噪声干扰来获得高信噪比的信号；

步骤三：对预处理后的信号进行特征提取；

步骤四：搭建所需的BP神经网络模型，对步骤一的肌电信号数据样本进行分类，作为训练集，训练BP神经网络模型；

步骤五：建立肌电采集设备和MATLAB软件之间的实时通讯链路，用于实现在软件中实时读取由MATLAB软件处理后的肌电信号；

步骤六：在康复训练中，将处理后的实时肌电信号特征值数据导入上位机，上位机以训练好的BP神经网络模型根据模式识别其分类，以分类结果对肘关节屈伸机构、小臂旋转机构控制。