基于多傳感器的康復(fù)機(jī)器人感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究.pdf

1、得益于康復(fù)醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)的結(jié)合，康復(fù)機(jī)器人已取得一定成效。感知系統(tǒng)作為康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，不僅需要獲取人體各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)生理信息，也是意圖識(shí)別、痙攣檢測(cè)以及運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞評(píng)估等眾多應(yīng)用的前提。本文針對(duì)一款踏車式康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)了基于多傳感器的感知系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞評(píng)估。
　　首先，闡述了人體各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)生理信息的采集原理，著重分析了表面肌電信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理、信號(hào)特征以及噪聲來源，并據(jù)此設(shè)計(jì)了表面肌電傳感器;基于測(cè)力懸臂

2、梁設(shè)計(jì)了足底壓力傳感器，采用霍爾角度傳感器設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)活動(dòng)度傳感器，采用PulseSensor脈搏傳感器采集脈搏信號(hào)。測(cè)試了表面肌電噪聲性能與頻譜特性，輸出噪聲為0.545mV。試驗(yàn)標(biāo)定了足底壓力傳感器與關(guān)節(jié)角度傳感器的靈敏度與非線性誤差，結(jié)果表明各傳感器指標(biāo)均滿足實(shí)際需求。
　　其次，基于NI CompactRIO嵌入式平臺(tái)設(shè)計(jì)了多傳感器感知系統(tǒng)，包括硬件模塊配置、軟件系統(tǒng)架構(gòu)配置以及軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多傳感器同步采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示

3、以及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
　　然后，針對(duì)感知系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞評(píng)估的應(yīng)用，依據(jù)表面肌電信號(hào)非平穩(wěn)非線性的特性，提出了基于HHT邊際譜熵的肌肉疲勞感知方法。通過10名志愿者橈側(cè)腕長(zhǎng)伸肌的疲勞肌電信號(hào)，利用本感知系統(tǒng)進(jìn)行了3組實(shí)驗(yàn)，從疲勞指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度依賴性、評(píng)估肌肉疲勞可靠性以及抗噪性3個(gè)方面對(duì)比了HHT邊際譜熵、近似熵以及中值頻率的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:HHT邊際譜熵兼具對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度依賴低、能可靠評(píng)估肌肉疲勞以及抗噪等優(yōu)點(diǎn)，為感知肌肉疲勞