多自由度仿生手的肌电控制系统研制

发布时间：2023-12-04 19:09

　　世界上截肢残疾人口数量庞大,肢体残疾对人的工作效率和生活质量造成很大的负面影响。多自由度仿生假肢手能够帮助肢体残疾人获得功能补偿,改善残疾人的生活状况。表面肌电信号(surface electromyography,sEMG)是人体动作执行过程中相关肌肉收缩产生的生物电信号,分析sEMG可以解码人体运动意图,从而为仿生手提供准确的动作指令,是意念控制的一种方式。本文的目的是研制出一套多自由度仿生假肢手的肌电控制系统,开发一款基于表面肌电信号运动模式识别技术的智能仿生手样机。本文提出了多自由度仿生手肌电控制系统的详细设计方案,设计了高性能的表面肌电信号传感器和手势识别算法,研发了所有软硬件模块,最终搭建完成多自由度仿生手样机。本文的主要工作和创新点可总结为以下三点:(1)设计了分布式低耦合的多自由度仿生手肌电控制系统。将整个仿生手系统分层解耦,设计成包括信号采集层、应用决策层、运动执行层的分布式结构。sEMG体感手环作为信号采集层采集前臂的表面肌电信号和九轴姿态信号,通过蓝牙通信将数据发送到应用决策层。手机应用程序作为应用决策层快速解码出手臂运动意图,通过Wi Fi将控制指令发送到运动执...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景意义
    1.2 多自由度肌电仿生手国内外研究现状
    1.3 本文研究内容与结构安排
第2章 多自由度仿生手的肌电控制系统总体方案设计
    2.1 引言
    2.2 多自由度仿生手的肌电控制系统设计方案
    2.3 多自由度仿生手设计
        2.3.1 仿生手机械结构设计
        2.3.2 仿生手电气结构设计
    2.4 本章小结
第3章 表面肌电信号采集传感器设计
    3.1 引言
    3.2 肌电信号综述与传感器设计方案
    3.3 表面肌电信号的拾取与预处理
        3.3.1 结构设计
        3.3.2 电极选择
        3.3.3 前置放大电路设计
        3.3.4 滤波器设计
    3.4 信号转换与传输模块设计
        3.4.1 主控芯片最小系统电路
        3.4.2 九轴姿态信号采集电路
        3.4.3 无线收发模块
    3.5 电源模块设计
        3.5.1 充电电路
        3.5.2 3.7V转5V升压电路
        3.5.3 5V转3.3V电路
        3.5.4 肌电信号调理模块供电电路
    3.6 本章小结
第4章 手势识别分类器设计
    4.1 引言
    4.2 基于表面肌电信号的手势识别方案
    4.3 特征提取
        4.3.1 多元经验模态分解
        4.3.2 多元多尺度熵特征
        4.3.3 基于MEMD的 MMSE特征提取方法
    4.4 基于LSTM的模式识别分类器训练
    4.5 手势识别模型修正
    4.6 本章小结
第5章 控制系统软件设计及功能测试
    5.1 引言
    5.2 多自由度仿生手控制系统软件总体设计方案
    5.3 数据采集端程序设计
        5.3.1 数据采集端软件设计方案
        5.3.2 表面肌电信号采集程序设计
        5.3.3 九轴姿态数据采集程序设计
        5.3.4 蓝牙通信程序设计
    5.4 手机端应用程序设计
        5.4.1 手机端应用程序设计方案
        5.4.2 手机端通信程序设计
        5.4.3 数据显示程序设计
    5.5 仿生手执行层程序设计
        5.5.1 仿生手执行层软件设计方案
        5.5.2 无线通信程序设计
        5.5.3 仿生手舵机控制程序设计
    5.6 功能测试
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 课题研究总结
    6.2 未来研究展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3870539