基于表面肌电信号的膝关节康复机器人控制技术研究

发布时间：2016-11-26 04:10

  本文关键词：基于表面肌电信号的膝关节康复机器人控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《南京理工大学》 2013年

基于表面肌电信号的膝关节康复机器人控制技术研究

王士允  

【摘要】：随着人口老龄化社会的到来以及交通运输工具的不断增加,由于生理机能衰退或交通事故而引起的肢体运动型障碍患者的数量急剧上升,其中以膝关节运动障碍患者最为多见,这就为膝关节康复机器人技术的迅速发展提供了契机。由于人体肌肉与关节和韧带之间是相互关联的,人体表面肌电信号(surface Eectromyography, sEMG)与对应关节的运动状态以及相应肌肉的活动状态也存在有一定的联系,可用来反映人体关节和肌肉的不同状态。因此,将生物肌电与康复机器人相结合的肌电控制系统具有动作自然、仿生性能好等优点,能够在康复训练过程中提高患者的主动参与程度,进一步提升对患肢的康复训练效果。 本文旨在研究和开发一种基于表面肌电信号的膝关节康复机器人控制系统,通过获取人体下肢肌肉表面实时的表面肌电信号,提取膝关节关联肌肉活动的特征信息,并借此控制膝关节康复机器人的供气压力,实现对受伤关节的力自适应智能康复训练。本文的主要研究工作如下： (1)对肌电识别人体动作的生理学依据,以及表面肌电信号的产生机理、特点和特征提取方法进行阐述,为后续的表面肌电信号的采集与处理以及表面肌电控制膝关节康复机器人的研究提供理论基础。 (2)针对表面肌电信号信号微弱、信噪比低、易受周围噪声干扰、较难采集等问题,自行设计了表面肌电信号调理器。该信号调理器主要由两级放大电路和滤波电路两部分组成：前置放大器和后级可变增益放大器可将表面肌电信号进行适当倍数的放大；通过设计并合理安置高通滤波器、50Hz陷波器和低通滤波器,可有效消除表面肌电信号中混入的低、高频干扰以及国家电网产生的50Hz工频干扰。在表面肌电信号调理器的基础上,开发了基于LabVIEW的表面肌电信号采集与处理系统。该系统可完成对表面肌电信号的采集与实时显示、信号截取、信号回放、信号分析以及信号保存等功能。 (3)针对不同的人体对象进行了下肢膝关节屈伸运动时表面肌电信号的采集实验,以验证所开发的表面肌电信号采集与处理系统的有效性。实验采集了膝关节康复机器人主、被动不同康复训练模式下的表面肌电信号,并对肌电信号的特征值提取技术进行了研究,为后续实现表面肌电信号对膝关节康复机器人的控制打下基础。 (4)提出了基于表面肌电信号的膝关节康复机器人力自适应控制策略,搭建了硬件实验平台,开发了基于LabVIEW的软件控制系统。通过对不同阈值下表面肌电控制膝关节康复机器人的实验数据分析,验证了肌电控制膝关节康复机器人的可行性。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP242;R318.1
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗志增,王人成;仿生假手触滑觉研究[J];传感技术学报;2003年03期

2 董中飞;陈香;邓浩;张永强;;柔性同心圆差分阵列表面肌电电极研制[J];电子测量与仪器学报;2012年04期

3 罗炯,金季春;表面肌电的处理方法及在体育科研中应用前景[J];福建体育科技;2005年02期

4 何庆华,吴宝明,彭承琳;表面肌电信号的分析与应用[J];国外医学.生物医学工程分册;2000年05期

5 吕广明,孙立宁,彭龙刚;康复机器人技术发展现状及关键技术分析[J];哈尔滨工业大学学报;2004年09期

6 尤波;周丽娜;黄玲;;实时肌电信号采集系统设计与探究[J];黑龙江大学工程学报;2011年01期

7 罗志增;严庭芳;;基于HMM的表面肌电信号模式分类[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年04期

8 朱昊;辛长宇;吉小军;施文康;;表面肌电信号前端处理电路与采集系统设计[J];测控技术;2008年03期

9 李贵明;;Multisim V7在数字电路实验中的应用[J];机电产品开发与创新;2007年04期

10 吴銮;黄鹏程;鲍官军;杨庆华;;表面肌电信号分析及其在康复医学中的应用[J];机电工程;2011年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 杨罡;柔顺主—被动膝关节康复训练技术研究[D];南京理工大学;2011年

2 王玉珏;表面肌电信号分析与实时系统构建[D];华东理工大学;2012年

3 蔡春风;人体表面肌电信号处理及其在人机智能系统中的应用研究[D];浙江大学;2006年

4 仉冠生;表面肌电信号检测系统的研究[D];河北工业大学;2007年

5 黄赟伟;基于支持向量机的表面肌电信号模式识别方法研究[D];西安理工大学;2010年

6 杨瑞;肌电信号采集与分析系统的研制[D];华中科技大学;2009年

7 程鹤;基于肌电信号控制的膝上假肢设计[D];东北大学;2008年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 唐飞;王鹏;;单级阻容耦合晶体管放大器电路设计与仿真[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年04期

2 杨银儿;马楚虹;钱永东;戴燕;;不同肌力训练时攀岩运动员腕伸屈肌的表面肌电频谱特征研究[J];安徽体育科技;2006年06期

3 伟利国,梁淼;多导生物反馈仪肌电信号提取电路的设计[J];北京理工大学学报;2003年01期

4 盛浩明;;我国优秀男子手枪速射运动员射击技术的肌电研究[J];北京体育大学学报;2008年08期

5 刘守燕;何子红;陆毅琛;冯连世;;女子摔跤运动员模拟负重过胸摔动作的运动学和sEMG信号特征研究[J];北京体育大学学报;2009年11期

6 岳卫亚;;肌肉等长收缩张力-长度性质测试仪的研制[J];北京体育大学学报;2009年12期

7 李延军;孙有平;隋新梅;钱风雷;;旋转推铅球过渡阶段肌肉用力特征的sEMG分析[J];北京体育大学学报;2010年05期

8 廖苏;刘卉;熊开宇;;网球专业运动员和初学者单反动作技术的生物力学研究[J];北京体育大学学报;2012年02期

9 张晓炳;;运用表面肌电信号对山西省射箭运动员技术特征分析初探[J];搏击(体育论坛);2011年07期

10 丁立鹏;;女子气手枪持枪臂各肌肉工作的肌电学分析[J];搏击(体育论坛);2011年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 温爱玲;熊开宇;;24式太极拳练拳过程中下肢主要肌肉肌电特征分析[A];2009全国运动生理学发展与学科建设研讨会论文集[C];2009年

2 杨玉芳;熊继平;谭黎;;基于单片机的光电脉搏检测系统[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年

3 颜婷婷;李建华;;脑卒中患者佩戴踝足矫形器前后下肢表面肌电信号变化特征的研究[A];中国康复医学会第十四次脑血管病康复学术会议暨中华中医药学会第九次养生康复学术会议论文汇编[C];2011年

4 高鸣;宋爱国;李会军;;单自由度康复训练机器人的虚拟环境设计[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年

5 吕广明;孙立宁;陆念力;;五自由度康复机器人的BP网络控制模型研究[A];2005中国控制与决策学术年会论文集（下）[C];2005年

6 陈固稳;熊开宇;;对跳跃练习时下肢肌肉电信号变化特征的观察[A];2007全国运动生理学论文报告会论文集[C];2007年

7 孙雅琴;熊开宇;;表面肌电技术在运动训练中的研究进展[A];2007全国运动生理学论文报告会论文集[C];2007年

8 王立平;李建设;;青年女性着高跟鞋行走时下肢肌肉sEMG信号变化——与疲劳的相关研究[A];第十届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2002年

9 吕广明;薛渊;易建虎;;基于神经网络的多通道肌电信号的识别技术[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（二）[C];2007年

10 曹妤;吕晓;危昔均;;虚拟现实游戏对脑卒中后患者上肢功能恢复的影响[A];中国康复医学会第七次全国康复治疗学术会议主题报告、学术交流论文汇编[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘述芝;我国优秀男子跳远运动员起跳环节肌肉用力特征及其训练监测系统开发的研究[D];上海体育学院;2011年

2 傅维杰;运动鞋和紧身装备对冲击力、软组织振动及肌肉活动影响的研究[D];上海体育学院;2011年

3 边辉;生物融合式康复机构理论与应用研究[D];燕山大学;2011年

4 陈歆普;基于肌电信号的多模式人机接口研究[D];上海交通大学;2011年

5 高洪涛;脑外科手术辅助用智能导管及操作系统研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 孙洪颖;卧式下肢康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 李邦宇;超宽带生物雷达成像及生命信号检测关键问题研究[D];沈阳工业大学;2012年

8 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年

9 罗仕鉴;基于生物学反应的驾驶舒适度研究[D];浙江大学;2005年

10 马静华;基于运动信息获取及智能处理的运动员训练指导系统研究[D];中国科学技术大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 殷慧;机器人假肢功能设计与分析[D];山东科技大学;2010年

2 彭锦波;助行机器人机构设计及样机研制[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 张威;多功能助行机器人控制系统设计与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 毕秋吉;步态训练机器人骨盆控制机构研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 包世萍;套装式机器人设计与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 冯丽媛;合谷刺电针动法对脑卒中后腕背伸功能恢复的临床研究[D];黑龙江中医药大学;2010年

7 郇靖;脑卒中患者躯干肌背伸功能障碍的评价与治疗[D];黑龙江中医药大学;2010年

8 董旭;基于正交设计的不同针刺方法对脑卒中后腕背伸功能重建及方案优化的研究[D];黑龙江中医药大学;2010年

9 张永玲;屈伸交替法低频电刺激对脑卒中后肩肘功能重建的研究[D];黑龙江中医药大学;2010年

10 熊安竹;女子掷标枪关键技术的生物力学研究[D];鲁东大学;2009年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王奎,刘建红,宋刚;sEMG技术在评价运动性疲劳方面的方法及应用[J];安徽体育科技;2004年03期

2 才德容，蒋如金，张耀;上臂肌电假肢驱动电路[J];北京生物医学工程;1995年03期

3 周崇阳;杨朝晖;冯海兰;;咬合重建对咀嚼肌肌电图协同模式的近、远期影响[J];北京大学学报(医学版);2008年03期

4 杨广映,罗志增;肌电信号的功率谱分析方法[J];传感技术学报;2004年03期

5 罗志增,王人成;具有触觉和肌电控制功能的仿生假手研究[J];传感技术学报;2005年01期

6 高剑;罗志增;;支持向量机在肌电信号模式识别中的应用[J];传感技术学报;2007年02期

7 徐文良;孟明;马玉良;;HHT方法在人体下肢表面肌电信号分析中的应用[J];传感技术学报;2010年03期

8 侯文生;杨丹丹;胡宁;吴小鹰;郑小林;;基于柔性印刷工艺的表面肌电电极阵列装置的设计[J];传感技术学报;2010年05期

9 李奕;李子清;;CPM对全膝关节置换术后康复的研究进展[J];长江大学学报(自科版)理工卷;2007年04期

10 崔建国;王旭;李忠海;张大千;;支持向量机在表面肌电信号模式分类中的应用[J];东北大学学报;2006年03期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 牟永阁;基于时频和时间尺度分析的表面肌电信号研究及应用[D];重庆大学;2004年

2 姜静清;最小二乘支持向量机算法及应用研究[D];吉林大学;2007年

3 李强;表面肌电信号的运动单位动作电位检测[D];中国科学技术大学;2008年

4 李庆玲;基于sEMG信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 赵章琰;表面肌电信号检测和处理中若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邴强;不同活力水平和机能状态下的sEMG信号时频特征变化[D];浙江大学;2001年

2 杨宏兵;6-SPS并联机器人运动学及工作空间的仿真研究[D];合肥工业大学;2004年

3 宋超;非疲劳状态下肌肉活动的力—电关系研究[D];浙江大学;2004年

4 赵稳庄;基于虚拟仪器的表面肌电信号多路采集与识别系统[D];西北工业大学;2006年

5 陈玲玲;基于支持向量机的下肢肌电信号模式识别的研究[D];河北工业大学;2006年

6 朱显武;肌电引导仪的设计[D];浙江大学;2006年

7 吴丽萍;面向智能假肢的表面肌电信号采集与处理[D];东南大学;2006年

8 朱昊;多通道表面肌电信号数据采集与处理系统[D];上海交通大学;2007年

9 佟杰;手臂康复训练机器人控制及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

10 刘靖;气动肌肉驱动的下肢康复训练器的研制[D];广东工业大学;2008年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杜志江,孙传杰,陈艳宁;康复机器人研究现状[J];中国康复医学杂志;2003年05期

2 吕广明,孙立宁,彭龙刚;康复机器人技术发展现状及关键技术分析[J];哈尔滨工业大学学报;2004年09期

3 张付祥,付宜利,王树国;康复机器人研究进展[J];河北工业科技;2005年02期

4 ;动态信息[J];机器人技术与应用;2007年01期

5 ;世界上最成功的康复机器人—Handy1[J];机器人技术与应用;2000年05期

6 ;信息直通车[J];国内外机电一体化技术;2002年04期

7 郑若隐;李继婷;王爽;王举;;一种外骨骼式人手康复机器人的设计[J];中国康复医学杂志;2011年08期

8 谢欲晓;白伟;张羽;;下肢康复训练机器人的研究现状与趋势[J];中国医疗器械信息;2010年02期

9 薛渊;吕广明;;下肢康复助行机构本体设计及运动学分析[J];机械设计与制造;2006年05期

10 吕广明;孙立宁;唐余勇;;五自由度上肢康复机器人的运动学逆解[J];黑龙江大学自然科学学报;2007年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴军;黄剑;王永骥;;集成运动意图辨识与虚拟现实环境的上肢康复机器人[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

2 毕胜;;康复机器人训练技术[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

3 刘启栋;陈鹍;王人成;贾晓红;王爱明;;减重步行训练康复机器人的研制[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年

4 万大千;徐义明;白跃宏;;下肢外骨骼康复机器人对膝关节活动受限康复治疗作用[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

5 白跃宏;徐义明;殷跃红;;下肢外骨骼康复机器人研制[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

6 万大千;徐义明;白跃宏;;下肢外骨骼康复机器人研究进展[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年

7 许光旭;;步态训练的新选择——LokoHelp康复机器人[A];首届全国脑外伤治疗与康复学术大会论文汇编（上）[C];2011年

8 吕广明;孙立宁;陆念力;;五自由度康复机器人的BP网络控制模型研究[A];2005中国控制与决策学术年会论文集（下）[C];2005年

9 隋立明;张立勋;;气动技术在康复领域中的应用[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年

10 毕胜;;康复训练机器人——康复医学新的革命?[A];中国康复医学会第五届全国康复治疗学术会议论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 杨红军　曹洪田 王婷;[N];江苏经济报;2010年

2 记者 应丽斋　余延青 通讯员 张敏;[N];嘉兴日报;2010年

3 本报记者 徐晓敬;[N];辽宁日报;2010年

4 本报记者 刘宇雄;[N];广东科技报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年

2 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年

3 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年

4 邢科新;手功能康复机器人系统若干关键技术研究[D];华中科技大学;2010年

5 孙洪颖;卧式下肢康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 伊蕾;助行康复机器人控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

7 罗东峰;桌面式上肢康复机器人控制研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2012年

8 王令军;康复机器人样机研制及步态控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 江先志;驱动关节在康复机器人中的应用[D];华中科技大学;2011年

10 杨勇;手臂康复机器人系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘洪涛;截瘫患者下肢康复机器人设计与实验研究[D];燕山大学;2010年

2 刘艳辉;具有远程转动中心的踝关节康复机器人分析与设计[D];燕山大学;2010年

3 马俊宝;下肢康复机器人防跌倒控制实验研究[D];沈阳工业大学;2011年

4 吴希瑶;下肢康复机器人机构分析与设计[D];北京工业大学;2011年

5 张勤超;手部功能康复机器人机械系统的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

6 甘增康;手部功能康复机器人电气控制系统的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 何元飞;脚踏式下肢康复机器人的设计与研究[D];华中科技大学;2011年

8 徐震;外骨骼式下肢康复机器人设计分析与实验研究[D];燕山大学;2012年

9 石磊;可穿戴式下肢康复机器人系统研究[D];西华大学;2012年

10 邓楚慧;穿戴式下肢康复机器人机构分析及优化设计[D];北京工业大学;2012年

  本文关键词：基于表面肌电信号的膝关节康复机器人控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：193574