基于sEMG性别差异性手势识别与灵巧手仿真
发布时间：2021-08-22 00:34
表面肌电信号能够反映人体肢体最原始的动作特征,通过对表面肌电信号进行分析处理能够识别人体的动作意图,但由于表面肌电信号随机非平稳的特性,利用表面肌电信号控制人工智能假肢始终无法达到理想的效果。因此如何提高表面肌电信号识别率以更好的控制人工智能假肢成为了当前康复医学研究的热点。对于表面肌电信号手势识别的效果很大程度上取决于对原始信号的处理、信号特征的提取,以及分类模型的构建。针对以上问题,本文研究了包括不同采集位置对表面肌电信号的影响;性别差异性与表面肌电信号的关系;以及特征的提取和识别算法;最后通过建立MATLAB与ADAMS的联合仿真实现手势动作的可视化操作。主要研究内容如下:（1）首先介绍了国内外表面肌电信号的研究现状,包括特征提取和识别分类方法,并对表面肌电信号的产生机理和特点进行了介绍。（2）其次根据传统电极采集方式研究了新的采集方式,即根据单个手指活动时对应肌群的伸缩确定电极采集位置。实验共设计了10种手势动作,针对不同性别间的差异性,采用滑动平均能量检测表面肌电信号的动作起始点,并通过能量补偿的方式增加动作段的特征辨识度,减小不同性别的表面肌电信号差异性,实验结果表明补偿后...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
运动单元（MotorUnit）的形成过程
西华大学硕士学位论文7电位构成了动作电位序列，从而产生肌电信号。完整的肌电信号产生过程可描述为当大脑产生运动意图时，大脑通过脑神经传递给中枢神经，中枢神经控制脊髓中的运动单元产生相应的动作电位序列，并且电位沿着肌肉纤维进行传播，在经过人体的脂肪和皮肤等导体之后，通过外部设备在皮肤表面进行检测，从而得到人体表面肌电信号(sEMG)。表面肌电信号的传递过程如图2.2所示。图2.2sEMG传递过程Fig.2.2sEMGtransferprocess2.1.2表面肌电信号的特点为了表面肌电信号能够对智能假肢进行有效控制，需要对表面肌电信号的特点有一定了解。表面肌电信号是一种微弱的生物电信号，并且每个人的肌电信号都不相同，但是通过实验研究可以发现潜在的规律[23]。表面肌电信号的特点主要包含以下几点：(1)表面肌电信号的微弱性。表面肌电信号通过中枢神经以及脂肪等皮下组织的的传导，会产生一定的衰减，在皮肤表层采集到的表面肌电信号已经变得非常的微弱，它的幅值一般在uV-mV这个数量级之间，大部分的信号在0.1mV-5mV之间。(2)表面肌电信号的交变性。通过采集表面肌电信号可以发现，信号有正负之间的交替，因此具有交变性。在肌肉进行伸缩时肌电的幅值会随着测试者的肌肉力度进行变化，在进行伸展时，信号幅值会相应的减小直到“负”的最大值；同样地，在肌肉进行收缩时，肌肉幅值会逐渐增大，直到“正”的最大值，因此肌肉力度的大小与肌电幅值存在一定的线性关系。(3)表面肌电信号的对称性。在同一力度下，伸展和收缩持续同一时间，表面肌电信号的平均值接近零，这是由于表面肌电信号的交变性所产生的，即正负幅值的和为零。(4)表面肌电信号的低频性。通过对采集的表面肌电信号进行傅里叶变换分析可知，
西华大学硕士学位论文9图2.4表面肌电信号变化Fig.2.4ChangeofSEMGsignal贴片式电极一般都是采用多通道进行采集，目前，很多研究已经证明了增加肌电电极的数量能够提高肌电模式识别结果[24]。在2007年，HargroveLJ等人发现在桡动脉截肢病人残肢上放置四个或者五个电极，分类正确率显著提高，但是随着电极数的增加，识别率会有所降低[25]。这是由于肌肉群在伸缩时距离较近的肌肉会互相造成影响，随着电极数量的增加受干扰程度也增大，并且采集的信息量过大容易造成信息的冗余，降低识别率。本文实验所用设备为TrignoWirelessEMGSystem，采用的是16通道全无线传感器，有效传输距离为20米，采集频率可根据实际需要自行设定。采集仪如图2.5所示。图2.5sEMG信号采集仪Fig.2.5sEMGsignalcollector采集的表面肌电信号通过采集电极的无线模块发送到采集系统TrignoWireless
本文编号：3356639
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
运动单元（MotorUnit）的形成过程
西华大学硕士学位论文7电位构成了动作电位序列，从而产生肌电信号。完整的肌电信号产生过程可描述为当大脑产生运动意图时，大脑通过脑神经传递给中枢神经，中枢神经控制脊髓中的运动单元产生相应的动作电位序列，并且电位沿着肌肉纤维进行传播，在经过人体的脂肪和皮肤等导体之后，通过外部设备在皮肤表面进行检测，从而得到人体表面肌电信号(sEMG)。表面肌电信号的传递过程如图2.2所示。图2.2sEMG传递过程Fig.2.2sEMGtransferprocess2.1.2表面肌电信号的特点为了表面肌电信号能够对智能假肢进行有效控制，需要对表面肌电信号的特点有一定了解。表面肌电信号是一种微弱的生物电信号，并且每个人的肌电信号都不相同，但是通过实验研究可以发现潜在的规律[23]。表面肌电信号的特点主要包含以下几点：(1)表面肌电信号的微弱性。表面肌电信号通过中枢神经以及脂肪等皮下组织的的传导，会产生一定的衰减，在皮肤表层采集到的表面肌电信号已经变得非常的微弱，它的幅值一般在uV-mV这个数量级之间，大部分的信号在0.1mV-5mV之间。(2)表面肌电信号的交变性。通过采集表面肌电信号可以发现，信号有正负之间的交替，因此具有交变性。在肌肉进行伸缩时肌电的幅值会随着测试者的肌肉力度进行变化，在进行伸展时，信号幅值会相应的减小直到“负”的最大值；同样地，在肌肉进行收缩时，肌肉幅值会逐渐增大，直到“正”的最大值，因此肌肉力度的大小与肌电幅值存在一定的线性关系。(3)表面肌电信号的对称性。在同一力度下，伸展和收缩持续同一时间，表面肌电信号的平均值接近零，这是由于表面肌电信号的交变性所产生的，即正负幅值的和为零。(4)表面肌电信号的低频性。通过对采集的表面肌电信号进行傅里叶变换分析可知，
西华大学硕士学位论文9图2.4表面肌电信号变化Fig.2.4ChangeofSEMGsignal贴片式电极一般都是采用多通道进行采集，目前，很多研究已经证明了增加肌电电极的数量能够提高肌电模式识别结果[24]。在2007年，HargroveLJ等人发现在桡动脉截肢病人残肢上放置四个或者五个电极，分类正确率显著提高，但是随着电极数的增加，识别率会有所降低[25]。这是由于肌肉群在伸缩时距离较近的肌肉会互相造成影响，随着电极数量的增加受干扰程度也增大，并且采集的信息量过大容易造成信息的冗余，降低识别率。本文实验所用设备为TrignoWirelessEMGSystem，采用的是16通道全无线传感器，有效传输距离为20米，采集频率可根据实际需要自行设定。采集仪如图2.5所示。图2.5sEMG信号采集仪Fig.2.5sEMGsignalcollector采集的表面肌电信号通过采集电极的无线模块发送到采集系统TrignoWireless
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