基于表面肌電的肘關節(jié)屈運動角度檢測與分析.pdf

1、肢體康復訓練是人體機能恢復的一項重要內容，一些殘疾、中風、運動性損傷患者在治療的后續(xù)階段都要進行肢體康復訓練。傳統(tǒng)的康復訓練由于受到傷殘等級、康復效果評定標準不夠客觀和細致，醫(yī)師勞動強大，醫(yī)師經(jīng)驗要求高等因素的影響，康復訓練效果受到制約，將表面肌電應用于肢體康復訓練能夠解決這些問題。人體表面肌電信號(surface electromyography，sEMG)蘊含著肌肉力，關節(jié)運動角度等信息，可以用于患者的肢體運動機能的精細評定，此外，

2、sEMG與外骨骼機器人結合協(xié)助患者做康復運動，能夠在一定程度上降低對醫(yī)師的要求。而將sEMG做為外骨骼康復機器人的控制信號，必須能夠利用表面肌電信號預測關節(jié)運動角度，針對這一問題，本文以肘關節(jié)屈運動為研究目標，采集其相關肌肉的sEMG，進行去噪，特征提取處理，建立sEMG與肘關節(jié)屈運動角度的預測模型，分析不同肌肉sEMG預測效果的差異，以及不同情況下預測模型的通用性。具體的研究內容包括以下幾個方面:
　　(1)分析sEMG產(chǎn)生機理

3、以及影響因素，確定sEMG以及角度的采集方法并選用相應設備。根據(jù)研究目標及設備特點制定了本文的數(shù)據(jù)采集方案，采集上臂與身體平行、垂直，運動速度為2s、4s四種情況下的數(shù)據(jù)。通過控制實驗參數(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的實時和準確性。
　　(2)將采集到的sEMG進行去噪處理并提取其特征值。通過引入去噪效果評價指標，對去噪方法和參數(shù)進行評價和選優(yōu)，提出了一種有效的sEMG去噪方法。分析sEMG在時域、頻域和時頻域下信號的特征，通過比較不同特征與

4、運動角度的關聯(lián)度，確定較合適的特征值，從而解決了sEMG多特征值選取問題。
　　(3)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡建立sEMG（其特征值）與角度之間的預測模型，實現(xiàn)了基于sEMG的角度預測，最好的預測精度達到14度。通過分析預測誤差，發(fā)現(xiàn)肘關節(jié)初始位置、運動速度、肌肉及個體差異對肘關節(jié)屈運動角度預測的影響較大，預測模型在各情況下較難實現(xiàn)通用互換。
　　(4)利用Unity3D構建肘關節(jié)屈運動仿真場景，采用共享文件的方式實現(xiàn)采集模塊，預測