上肢康复机器人实验平台讥电信号采集系统的设计

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前臂表面肌电信号调理采集电路课程设计报告解读

《电子技术》课程设计报告课题名称：前臂表面肌电信号调理采集电路班级电气1122 学号1121205234学生姓名邵慧洁专业电气工程及其自动化系别电子信息工程系指导老师电子技术课程设计指导小组淮阴工学院电子与电气工程学院2014年5月目录摘要 (1)第 1 章设计目的和要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)第 2 章多感知肌电假手系统 (3)2.1 单元电路设计 (3)2.1.1 电路的组成分析 (3)2.1.2 单元电路设计与调试 (3)2.2总体设计 (4)2.3单元电路元器件介绍 (6)2.3.1元器件列表 (7)2.3.2单元电路元器件功能说明及使用方法 (6)第 3 章电路研制结果 (10)3.1调试 (10)3.2电路测试及测试结果 (10)3.2.1测试方法 (10)3.2.2测试结果 (10)3.2.3性能分析 (10)第 4 章总结与展望 (12)4.1 本文工作总结 (12)4.2心得体会 (13)4.3 研究展望 (13)参考文献 (14)摘要具有多种感觉的智能仿生假手研究,目的是为了提高肢残人士的生活自理度,缩小其与健康人肢体之间功能上的差异,保障肢体残疾患者心理健康,促进社会文明及医疗福利事业的发展。

同时,智能仿生假手研究集多传感器技术、信息融合技术、生物医学工程、电子信息等多学科领域的交叉,促进了当今的各项尖端技术相互渗透。

人类的上肢系统功能复杂,感觉反馈极其丰富,而目前商用的电动假手基本上采用肌电信号控制,并不具备对所抓物体的信息感知反馈。

为了使假手尽可能地模仿人手的功能,提高假手的仿生性和智能性,有必要在肌电电动假手系统上增添多传感器感知系统。

佩戴肌电假手的残疾人以残肢表面肌电信号作为假手控制信号,实现近似自然的手部动作操控。

涉及表面肌电信号的采集处理、手部动作识别、假手运动控制等技术。

多传感器感知与肌电电动假手的有机结合将使假手具有良好的仿生性,并使假手操作的智能化程度得到有效的提升。

上肢康复机器人关键技术及康复评定的研究

传感器技术
01
肌肉力量传感器
监测患者的肌肉力量，以确保机器人在运动过程中不会过度用力或受
伤。
02
运动传感器
监测患者的上肢运动，并将运动数据反馈给控制系统，以实现精确的
运动控制。
03
触觉传感器
用于检测患者与机器人之间的接触压力，以确保机器人在运动过程中
不会对患者的皮肤造成损伤。
运动控制技术
神经控制
05
结论与展望
上肢康复机器人的研究总结
技术发展
近年来，随着机器人技术的不断发展，上肢康复机器人得到了广泛应用。此类机器人主要运用在康复评定、康复训练以及康复治疗过程中，可以有效帮助患者恢复上肢功能。
训练方式
上肢康复机器人不仅采用了传统的助力训练方式，还引入了肌肉电信号以及肌电触发的训练方式，这些方式可以更好地满足患者的训练需求。
市场需求
随着老龄化社会的到来以及工伤致残人数的增加，对于上肢康复机器人的需求越来越大。这种机器人的应用可以有效地提高康复效率，降低医疗成本。
技术进步
随着机器学习、人工智能等技术的不断发展，上肢康复机器人的智能化程度也将得到进一步提升。未来，这种机器人可能会实现更加精准的评定、更加个性化的训练方案以及更加智能的辅助治疗等功能。
第一代上肢康复机器人主要采用简单的机械结构，通过外力辅助患者进行肢体运动。这类机器人的运动模式相对固定，无法适应患者的个体差异和病情变化。
第二代上肢康复机器人
第二代上肢康复机器人引入了计算机技术和传感器技术，能够根据患者的运动意图和反馈信息进行智能控制和调整。这类机器人的运动模式更加灵活多样，能够满足患者的个性化需求。
领域融合
上肢康复机器人还将与虚拟现实、增强现实等技术进一步融合，实现更加沉浸式的康复训练体验，从而更好地帮助患者恢复上肢功能。

下肢康复机器人的数据采集系统设计与研究的开题报告

下肢康复机器人的数据采集系统设计与研究的开题报告一、研究背景下肢康复是指通过运动、训练和其他治疗手段，使下肢受伤或疾病的患者恢复正常的运动功能和生活能力的过程。

在现代医学中，下肢康复已成为一个重点研究领域，它涉及到许多技术和方法，例如物理治疗、功能电刺激、康复机器人等等。

康复机器人是通过机电结合的技术手段，帮助患者进行下肢康复训练的一种辅助工具。

它可以通过对患者康复过程的监测和数据分析，为医生和患者提供更准确的康复方案，进而提高康复治疗效果。

二、研究意义以往的康复机器人对患者的运动数据监测多局限于单一的机械臂角度和力矩的监测，缺少更全面和细致的数据采集和分析。

因此，本研究旨在设计一套下肢康复机器人的数据采集系统，实现对患者运动过程中更全面、更准确的细节数据的采集和分析。

通过对采集到的数据的分析，医生和患者可以更加清晰地了解患者的运动状态、康复进展情况以及在治疗过程中需要注意的问题，最终提高康复治疗的效果。

三、研究方法（1）系统硬件设计本研究将采用传感器对下肢康复机器人的运动进行监测，对运动过程中脚部、髋部和膝部等关键部位的运动轨迹、速度、加速度等进行实时采集和记录。

同时，本研究还将采用压力传感器和力矩传感器对康复机器人负载情况进行监测，并记录机器人在不同负载下的功率、速度、加速度等数据，为运动数据分析提供更多的支持。

（2）数据采集与处理本研究将采用数据采集卡和嵌入式系统进行数据采集，并将采集到的数据通过局域网实时传输到计算机上。

在计算机上，我们将利用MATLAB等数据分析软件对采集到的数据进行处理和分析，并提取出运动数据中的关键参数。

通过对关键参数的分析和比对，医生和患者可以准确地了解患者的康复状态，及时调整康复方案。

四、研究预期成果本研究将设计出一套下肢康复机器人的数据采集系统，实现全面、准确、可靠的数据采集和分析，从而提高康复治疗效果。

同时，本研究还将发表学术论文，分享本研究的成果和经验，以期在该领域提供新的思路和方法。

康复机器人上肢运动系统控制策略

主动被动运动模式
在此模式下，康复机器人通过识别患者的主动运动意图并结合预设的轨迹和运动速度来带动患者进行上肢运动，这种模式主要适用于患者具有一定的上肢肌肉力量和协调性，但不足以完成全部的上肢运动的情况。
基于运动捕捉技术的控制策略
光学运动捕捉技术
通过在患者身体上设置多个光学标记，利用多个高清摄像机捕捉标记的位置变化，从而获取患者的上肢运动信息。
03
上肢运动模式和控制策略设计
上肢运动模式分类与选择
被动运动模式
在此模式下，康复机器人主要通过预设的轨迹和运动速度来带动患者进行上肢运动，患者只需跟随机器人的动作进行被动运动，这种模式主要适用于患者上肢肌肉力量和协调性严重不足的情况。
主动运动模式
在此模式下，康复机器人通过内置的传感器和算法识别患者的主动运动意图，并辅助患者进行上肢运动，这种模式主要适用于患者具有一定的上肢肌肉力量和协调性，但不足以完成全部的上肢运动的情况。
06
结论与展望
研究成果与贡献
提出了一种基于生物力学模型的上肢运动控制系统，能够实现精准的关节角度控制和运动轨迹规划。
针对康复机器人的应用场景，设计了基于肌电信号的上肢运动功能检测算法，实现了对上肢运动功能的快速评估和反馈。
针对上肢康复训练的特殊需求，开发了一种基于虚拟现实技术的上肢康复训练系统，能够提供沉浸式的康复训练体验，提高患者的康复效果。
当前研究的不足
现有的康复机器人控制策略主要集中在运动功能实现方面，对于患者运动协调性和适应性的研究尚不完善，因此需要进一步探讨。
研究现状与发展
康复机器人的研究现状
目前，康复机器人的研究已经取得了一定的进展，各种类型的康复机器人不断涌现，但它们主要集中在运动功能实现方面，对于患者运动协调性和适应性的研究尚处于初级阶段。

基于表面肌电信号的上肢康复机器人变阻抗控制技术研究

电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：我国老龄人群肢体障碍者很多，运动康复技术是康复治疗的有效手段。

但医患比例严重失调难以使得人人都能享受到康复医疗服务。

康复机器人通过阻抗控制技术能够与人体进行一定的安全交互，但现有康复机器人多采用定阻抗控制，环境适应能力弱，难以应用于临床。

针对上述问题，提出一种变阻抗控制方法，以采集使用者的表面肌电信号为输入条件，通过改进随机森林算法训练识别使用者上肢的运动角度。

并配合末端力传感器，获得使用者的运动意图，再通过变阻抗控制器完成康复运动。

搭建了实验平台，并对轨迹跟踪和康复训练能力进行验证与评估。

结果表明所设计的控制器能够控制机器人完成康复运动。

关键词：康复机器人；表面肌电信号；改进随机森林算法；变阻抗中图分类号：TP13文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd24614Research on Variable Impedance Control Technology of Upper Limb Rehabilitation Robot Based on sEMGWU Tong 1，LI Jian 1，LI Guodong 2，LIU Lu 1，ZHU Liguo 3，FENG Minshan 3（1.Automated Institute ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100089，China ；2.China Software Testing Center ，Beijing 100089，China ；3.Beijing Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine Orthopedic Technology ，Wangjing Hospital of China Academy of Chinese Medical Sciences ，Beijing 100020，China ）Abstract:There are many elderly people with limb disorder in China ，and exercise rehabilitation technology is an effective means of rehabilitation treatment.However ，the serious imbalance of doctor-patient ratio makes it difficult for everyone to enjoy rehabilitation medical services.Impedance control technology is used for the safe interaction between rehabilitation robot and human body.However ，constant impedance control is used in the existing rehabilitation robots ，which has weak environmental adaptability and is difficult to be applied in clinical practice.In view of the above problems ，a variable impedance control method was proposed.The user's surface electromyography signal （sEMG ）was collected as input ，and his upper limb motion angle was trained and recognized by the improved random forest algorithm.With the end force sensor ，the motion intention was obtained ，and then the rehabilitation motion was completed by the variable impedance controller.The experimental platform was built ，and the track tracking and rehabilitation training abilities were verified and evaluated.The results show that the designed controller could control the robot to complete rehabilitation movement.Key words:rehabilitation robot ；surface electromyography signal （sEMG ）；improved random forest algorithm ；variable impedance基金项目：国家中医药管理局中医药创新团队及人才支持计划项目（ZYYCXTD-C-202003）；北京理工大学实验室研究项目（2019BITSYA14）；中国中医科学院科技创新工程《腰椎扳动类手法教学培训系统的研发》（C12021A02014）作者简介：吴彤（1997—），男，本科，Email ：通讯作者：李国栋（1984—），男，博士，工程师，Email ：基于表面肌电信号的上肢康复机器人变阻抗控制技术研究吴彤1，李健1，李国栋2，刘路1，朱立国3，冯敏山3（1.北京理工大学自动化学院，北京100089；2.中国软件测评中心，北京100089；3.中国中医科学院望京医院中医正骨技术北京市重点实验室，北京100020）我国目前由疾病导致的运动功能障碍人数较多[1]，但专业的康复医师数量有限，因此更多要依赖康复机器人提供康复训练[2]。

上肢康复机器人实验平台肌电信号采集系统的设计

上肢康复机器人实验平台肌电信号采集系统的设计王建辉;张传鑫;白冰;刘一楠【摘要】表面肌电信号是肌肉收缩的同时伴随的一种电压信号,是一种复杂的表皮下肌电信号活动在皮肤表面处的时间和空间上综合得出的结果,能够反映出神经、肌肉的功能状态.正是其在相同肌群规律性和在不同肌群差异性,使得利用肌电信号作为人机接口来控制上肢康复机器人成为可能.本文的主要内容是肌电信号采集系统的设计,将从硬件电路以及软件设计两部分进行阐述.其中硬件电路主要由表面电极、信号调理、NI-USB-6210数据采集卡和上位机四部分组成；系统软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW编程,完成肌电信号实时采集、滤波处理、数据存储等功能.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】3页(P28-30)【关键词】康复机器人;表面肌电信号;信号采集;LabVIEW【作者】王建辉;张传鑫;白冰;刘一楠【作者单位】东北大学自动化研究所;东北大学自动化研究所;东北大学自动化研究所;东北大学自动化研究所【正文语种】中文1.引言近年来随着电子技术的迅猛发展和微处理器的广泛应用，对肌肉电信号的检测手段逐渐丰富和完善，国内外学者对表面肌电信号的研究也逐渐深入。

使得表面肌电信号在临床医学、运动医学[1]、康复医学[2]、及体育运动等领域被广泛应用。

本课题以211工程建设平台“康复工业过程运行于控制集成优化——流程工业过程建模、优化控制方法”的子课题“上肢康复机器人控制及评价系统研究”为背景，在上肢康复机器人系统基础上，完成肌电信号采集系统的设计。

通过本课题工作的开展，可以完成对采集到的肌电信号进行处理与分析，使康复训练和康复评价过程形成一个闭环，可以根据患者康复程度调整训练方案，进一步达到较佳的康复训练水平[3]，进一步为建立科学的康复评价体系提供依据。

2.肌电信号的特点表面肌电信号是肌肉中许多运动单元动作电位在时间和空间上的叠加，反映了神经、肌肉的功能状态。

基于semg信号的外骨骼式机器人上肢康复系统

研究现状与发展趋势
现状
目前，国内外对于基于semg信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究尚处于初级阶段，相关技术和算法还不够成熟，但已有一些初步的研究成果和实际应用案例。
发展趋势
随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，基于semg信号的外骨骼式机器人上肢康复系统将会得到更加广泛的应用和研究，技术也将更加成熟和可靠。未来，该技术有望成为上肢康复治疗的重要发展方向之一。
系统性能评估与优化
01
02
03
评估指标设定
设定系统性能评估指标，如信号采集时间、信号稳定性、动作识别准确率等。
算法优化
优化信号处理算法，提高信号稳定性，降低噪声干扰。
动作识别精度提升
改进动作识别算法，提高上肢动作识别的准确率。
传感器布置与信号质量改进
传感器选型
选择适合的semg传感器，考虑其分辨率、灵敏度和稳定性。
运动协同控制
结合外骨骼式机器人的结构和运动特性，设计合适的协同控制策略，实现人机运动协同，提高康复效果。
系统的人机交互与协同控制
人机交互界面设计
设计简洁、易用的交互界面，提供自然、直观的运动指令输入方式，如语音识别、手势识别等。
实时反馈与调整
通过传感器实时监测上肢运动状态和外骨骼式机器人的运动轨迹，提供实时反馈和调整指令，确
应用
在上肢康复领域，外骨骼式机器人可用于辅助患者进行手臂运动训练，提高手臂的运动能力和减少疼痛。
系统架构与工作原理
系统架构
基于SEMG信号的外骨骼式上肢康复系统包括SEMG信号采集模块、信号处理模块、外骨骼式机器人控制模块和人机交互模块。
工作原理
通过采集患者的SEMG信号，信号处理模块提取出肌肉活动的特征信息，并将其传递给外骨骼式机器人控制模块。控制模块根据接收到的信号指令调整机器人的运动状态，并与患者的人体交互实现上肢的运动辅助训练。

肌电信号控制的智能小车实验平台设计

肌电信号控制的智能小车实验平台设计
韩团军;李蛟龙;黄朝军;卢进军
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】肌电信号是人体肌群在运动时产生的一种微弱信号,该信号蕴藏着与运动相关的控制信息源。

提出了一种基于肌电信号的智能小车控制系统。

该系统由肌电信号采集模块、无线传输模块、小车控制模块和显示模块等组成。

整个系统分为主从两部分。

主机采用STM32F103ZET6微处理器对肌电信号进行多通道采集,提取所采集信号的特征值。

将特征值分为测试集和训练集,并对不同手势信号贴上对应的标签,使用K最近邻(KNN)算法对测试集进行准确度分析以实现对不同手势的识别。

识别结果通过无线传输模块发送给从机小车,小车接收到主机发送的内容后进行相应的动作。

测试结果表明,所提出的方法在不同时间段信号采集的平均准确率可达91.14%以上,系统具有很好的鲁棒性。

【总页数】5页(P45-49)
【作者】韩团军;李蛟龙;黄朝军;卢进军
【作者单位】陕西理工大学物理与电信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242;TN98
【相关文献】
1.上肢康复机器人实验平台肌电信号采集系统的设计
2.基于前臂表面肌电信号控制的智能小车设计
3.基于肌电信号控制的仿生机械手掌控制系统设计
4.基于肌电的智能小车控制系统设计
5.基于脑电信号和肌电信号协同控制的智能小车系统
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Ｉ皇子蕉 ……………… ．
……Biblioteka ……．上肢康复机器人实验平台肌电信号采集系统的设计
东北大学自动化研究所王建辉张传鑫白冰刘一楠
【要】表面肌电信号是肌肉收缩的同时伴随的一种电压信号，是一种复杂的表皮下肌电信号活动在皮肤表面处的时间和空间上综合得出的结果，能够反映出神摘经、肌肉的功能状态。正是其在相同肌群规律性和在不同肌群差异性，使得利用肌电信号作为人机接口来控制上肢康复机器人成为可能。本文的主要内容是肌电信号采集系统的设计，将从硬件电路以及软件设计两部分进行阐述。其中硬件电路主要由表面电极、信号调理、Ｎ．Ｓ一１数据采集卡和上位机四部分组成；系ＩＢ６ＯＵ２
处理器的广泛应用，对肌肉电信号的检测手
统软件采用虚拟仪器开发平ＬｂＩＷ编程，完成肌电信号实时采集、滤波处理、数据存储等功能。ａＶＥ
【关键词】康复机器人；表面肌电信号；信号采集；ＬｂＩＷａＶＥ
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．
１引言．
号一般有以下典型特征：（）电信号是一种微弱的电信号。肌１肌
时为６ — ０ｕ，松弛时约为２－Ｏｒ０３０Ｖ０３ｕ，而且
一
在频域上，不同肌肉的肌电信号，其频率
近年来随着电子技术的迅猛发展和微
ｓＥＭＧｃｉｉｉａｑｕｓｔｏｎｙｔｍ ’ ｓｇｓｓｅＳｄｅｉｎ
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．
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