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《电子技术》课程设计报告课题名称：前臂表面肌电信号调理采集电路班级电气1122 学号1121205234学生姓名邵慧洁专业电气工程及其自动化系别电子信息工程系指导老师电子技术课程设计指导小组淮阴工学院电子与电气工程学院2014年5月目录摘要 (1)第 1 章设计目的和要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)第 2 章多感知肌电假手系统 (3)2.1 单元电路设计 (3)2.1.1 电路的组成分析 (3)2.1.2 单元电路设计与调试 (3)2.2总体设计 (4)2.3单元电路元器件介绍 (6)2.3.1元器件列表 (7)2.3.2单元电路元器件功能说明及使用方法 (6)第 3 章电路研制结果 (10)3.1调试 (10)3.2电路测试及测试结果 (10)3.2.1测试方法 (10)3.2.2测试结果 (10)3.2.3性能分析 (10)第 4 章总结与展望 (12)4.1 本文工作总结 (12)4.2心得体会 (13)4.3 研究展望 (13)参考文献 (14)摘要具有多种感觉的智能仿生假手研究,目的是为了提高肢残人士的生活自理度,缩小其与健康人肢体之间功能上的差异,保障肢体残疾患者心理健康,促进社会文明及医疗福利事业的发展。
同时,智能仿生假手研究集多传感器技术、信息融合技术、生物医学工程、电子信息等多学科领域的交叉,促进了当今的各项尖端技术相互渗透。
人类的上肢系统功能复杂,感觉反馈极其丰富,而目前商用的电动假手基本上采用肌电信号控制,并不具备对所抓物体的信息感知反馈。
为了使假手尽可能地模仿人手的功能,提高假手的仿生性和智能性,有必要在肌电电动假手系统上增添多传感器感知系统。
佩戴肌电假手的残疾人以残肢表面肌电信号作为假手控制信号,实现近似自然的手部动作操控。
涉及表面肌电信号的采集处理、手部动作识别、假手运动控制等技术。
多传感器感知与肌电电动假手的有机结合将使假手具有良好的仿生性,并使假手操作的智能化程度得到有效的提升。
下肢康复机器人的数据采集系统设计与研究的开题报告一、研究背景下肢康复是指通过运动、训练和其他治疗手段，使下肢受伤或疾病的患者恢复正常的运动功能和生活能力的过程。
在现代医学中，下肢康复已成为一个重点研究领域，它涉及到许多技术和方法，例如物理治疗、功能电刺激、康复机器人等等。
康复机器人是通过机电结合的技术手段，帮助患者进行下肢康复训练的一种辅助工具。
它可以通过对患者康复过程的监测和数据分析，为医生和患者提供更准确的康复方案，进而提高康复治疗效果。
二、研究意义以往的康复机器人对患者的运动数据监测多局限于单一的机械臂角度和力矩的监测，缺少更全面和细致的数据采集和分析。
因此，本研究旨在设计一套下肢康复机器人的数据采集系统，实现对患者运动过程中更全面、更准确的细节数据的采集和分析。
通过对采集到的数据的分析，医生和患者可以更加清晰地了解患者的运动状态、康复进展情况以及在治疗过程中需要注意的问题，最终提高康复治疗的效果。
三、研究方法（1）系统硬件设计本研究将采用传感器对下肢康复机器人的运动进行监测，对运动过程中脚部、髋部和膝部等关键部位的运动轨迹、速度、加速度等进行实时采集和记录。
同时，本研究还将采用压力传感器和力矩传感器对康复机器人负载情况进行监测，并记录机器人在不同负载下的功率、速度、加速度等数据，为运动数据分析提供更多的支持。
（2）数据采集与处理本研究将采用数据采集卡和嵌入式系统进行数据采集，并将采集到的数据通过局域网实时传输到计算机上。
在计算机上，我们将利用MATLAB等数据分析软件对采集到的数据进行处理和分析，并提取出运动数据中的关键参数。
通过对关键参数的分析和比对，医生和患者可以准确地了解患者的康复状态，及时调整康复方案。
四、研究预期成果本研究将设计出一套下肢康复机器人的数据采集系统，实现全面、准确、可靠的数据采集和分析，从而提高康复治疗效果。
同时，本研究还将发表学术论文，分享本研究的成果和经验，以期在该领域提供新的思路和方法。
电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：我国老龄人群肢体障碍者很多，运动康复技术是康复治疗的有效手段。
但医患比例严重失调难以使得人人都能享受到康复医疗服务。
康复机器人通过阻抗控制技术能够与人体进行一定的安全交互，但现有康复机器人多采用定阻抗控制，环境适应能力弱，难以应用于临床。
针对上述问题，提出一种变阻抗控制方法，以采集使用者的表面肌电信号为输入条件，通过改进随机森林算法训练识别使用者上肢的运动角度。
并配合末端力传感器，获得使用者的运动意图，再通过变阻抗控制器完成康复运动。
搭建了实验平台，并对轨迹跟踪和康复训练能力进行验证与评估。
结果表明所设计的控制器能够控制机器人完成康复运动。
关键词：康复机器人；表面肌电信号；改进随机森林算法；变阻抗中图分类号：TP13文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd24614Research on Variable Impedance Control Technology of Upper Limb Rehabilitation Robot Based on sEMGWU Tong 1，LI Jian 1，LI Guodong 2，LIU Lu 1，ZHU Liguo 3，FENG Minshan 3（1.Automated Institute ，Beijing Institute of Technology ，Beijing 100089，China ；2.China Software Testing Center ，Beijing 100089，China ；3.Beijing Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine Orthopedic Technology ，Wangjing Hospital of China Academy of Chinese Medical Sciences ，Beijing 100020，China ）Abstract:There are many elderly people with limb disorder in China ，and exercise rehabilitation technology is an effective means of rehabilitation treatment.However ，the serious imbalance of doctor-patient ratio makes it difficult for everyone to enjoy rehabilitation medical services.Impedance control technology is used for the safe interaction between rehabilitation robot and human body.However ，constant impedance control is used in the existing rehabilitation robots ，which has weak environmental adaptability and is difficult to be applied in clinical practice.In view of the above problems ，a variable impedance control method was proposed.The user's surface electromyography signal （sEMG ）was collected as input ，and his upper limb motion angle was trained and recognized by the improved random forest algorithm.With the end force sensor ，the motion intention was obtained ，and then the rehabilitation motion was completed by the variable impedance controller.The experimental platform was built ，and the track tracking and rehabilitation training abilities were verified and evaluated.The results show that the designed controller could control the robot to complete rehabilitation movement.Key words:rehabilitation robot ；surface electromyography signal （sEMG ）；improved random forest algorithm ；variable impedance基金项目：国家中医药管理局中医药创新团队及人才支持计划项目（ZYYCXTD-C-202003）；北京理工大学实验室研究项目（2019BITSYA14）；中国中医科学院科技创新工程《腰椎扳动类手法教学培训系统的研发》（C12021A02014）作者简介：吴彤（1997—），男，本科，Email ：通讯作者：李国栋（1984—），男，博士，工程师，Email ：基于表面肌电信号的上肢康复机器人变阻抗控制技术研究吴彤1，李健1，李国栋2，刘路1，朱立国3，冯敏山3（1.北京理工大学自动化学院，北京100089；2.中国软件测评中心，北京100089；3.中国中医科学院望京医院中医正骨技术北京市重点实验室，北京100020）我国目前由疾病导致的运动功能障碍人数较多[1]，但专业的康复医师数量有限，因此更多要依赖康复机器人提供康复训练[2]。
上肢康复机器人实验平台肌电信号采集系统的设计王建辉;张传鑫;白冰;刘一楠【摘要】表面肌电信号是肌肉收缩的同时伴随的一种电压信号,是一种复杂的表皮下肌电信号活动在皮肤表面处的时间和空间上综合得出的结果,能够反映出神经、肌肉的功能状态.正是其在相同肌群规律性和在不同肌群差异性,使得利用肌电信号作为人机接口来控制上肢康复机器人成为可能.本文的主要内容是肌电信号采集系统的设计,将从硬件电路以及软件设计两部分进行阐述.其中硬件电路主要由表面电极、信号调理、NI-USB-6210数据采集卡和上位机四部分组成；系统软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW编程,完成肌电信号实时采集、滤波处理、数据存储等功能.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】3页(P28-30)【关键词】康复机器人;表面肌电信号;信号采集;LabVIEW【作者】王建辉;张传鑫;白冰;刘一楠【作者单位】东北大学自动化研究所;东北大学自动化研究所;东北大学自动化研究所;东北大学自动化研究所【正文语种】中文1.引言近年来随着电子技术的迅猛发展和微处理器的广泛应用，对肌肉电信号的检测手段逐渐丰富和完善，国内外学者对表面肌电信号的研究也逐渐深入。
使得表面肌电信号在临床医学、运动医学[1]、康复医学[2]、及体育运动等领域被广泛应用。
本课题以211工程建设平台“康复工业过程运行于控制集成优化——流程工业过程建模、优化控制方法”的子课题“上肢康复机器人控制及评价系统研究”为背景，在上肢康复机器人系统基础上，完成肌电信号采集系统的设计。
通过本课题工作的开展，可以完成对采集到的肌电信号进行处理与分析，使康复训练和康复评价过程形成一个闭环，可以根据患者康复程度调整训练方案，进一步达到较佳的康复训练水平[3]，进一步为建立科学的康复评价体系提供依据。
2.肌电信号的特点表面肌电信号是肌肉中许多运动单元动作电位在时间和空间上的叠加，反映了神经、肌肉的功能状态。
肌电信号控制的智能小车实验平台设计
韩团军;李蛟龙;黄朝军;卢进军
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】肌电信号是人体肌群在运动时产生的一种微弱信号,该信号蕴藏着与运动相关的控制信息源。
提出了一种基于肌电信号的智能小车控制系统。
该系统由肌电信号采集模块、无线传输模块、小车控制模块和显示模块等组成。
整个系统分为主从两部分。
主机采用STM32F103ZET6微处理器对肌电信号进行多通道采集,提取所采集信号的特征值。
将特征值分为测试集和训练集,并对不同手势信号贴上对应的标签,使用K最近邻(KNN)算法对测试集进行准确度分析以实现对不同手势的识别。
识别结果通过无线传输模块发送给从机小车,小车接收到主机发送的内容后进行相应的动作。
测试结果表明,所提出的方法在不同时间段信号采集的平均准确率可达91.14%以上,系统具有很好的鲁棒性。
【总页数】5页(P45-49)
【作者】韩团军;李蛟龙;黄朝军;卢进军
【作者单位】陕西理工大学物理与电信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242;TN98
【相关文献】
1.上肢康复机器人实验平台肌电信号采集系统的设计
2.基于前臂表面肌电信号控制的智能小车设计
3.基于肌电信号控制的仿生机械手掌控制系统设计
4.基于肌电的智能小车控制系统设计
5.基于脑电信号和肌电信号协同控制的智能小车系统
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四通道表面肌电信号采集系统设计与研究
马航航;武英杰;秦传磊;李思凡;赵玄润
【期刊名称】《电脑编程技巧与维护》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】面向表面肌电信号在康复机器人领域的应用,设计了一种四通道表面肌电信号采集系统。
表面肌电采集系统包含了检测电极设计、前置放大电路、高通滤波电路、工频陷波电路、低通滤波电路、后级放大电路和电源电路。
实验基于右前臂桡侧腕长伸肌,对设计的四通道表面肌电信号采集系统采集的信号进行了测试分析。
实验结果表明,系统能够很好地采集到人体表面肌电信号,每一个通道的信噪比为
58±3dB,可以看出表面肌电信号采集设备对噪声的抑制能力较高,且采集到的信号
质量高,能够应用于康复机器人领域。
【总页数】3页(P12-14)
【作者】马航航;武英杰;秦传磊;李思凡;赵玄润
【作者单位】中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所;陕西千山航空电子
有限责任公司;国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司;大唐电信科技股份有限
公司无线通信分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于STM32微处理器的表面肌电信号无线采集与处理系统设计
2.双通道表面肌电信号采集装置的设计与分析
3.无线多通道表面肌电信号采集系统设计
4.一种低能耗表面肌电信号采集系统设计
5.基于AD8232的表面肌电信号采集系统设计
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3 硬件设计SEMG信号的采集方法主要有植入式和表贴式。
SEMG信号较微弱，且源阻抗较大。
表贴式采集的SEMG信号在0 mV~1.5 mV，频率大都集中在20 Hz~ 100 Hz[1]，且具有随机性强、易受干扰等缺点。
但相对植入式而言，具有操作简单、成本低、风险低，不会对患者造成痛苦等优点，被广泛使用。
为满足便捷、简易和安全无创等需求，本系统采用表贴式采集SEMG信号。
上肢康复运动的肌肉电信号采集系统硬件部分主要包括前置电路、右腿驱动电路、滤波电路、工频陷波电路和后级放大电路，系统硬件组成框架如图2所示。
图2 系统硬件组成框架3.1 前置电路前置电路主要由输入缓冲级和前级放大器2部分组成。
由于各电极与皮肤接触电阻不同，且SEMG信号具有幅值微弱、源阻抗高等特点，因此SEMG信号通过导联线进入前级放大器之前，需先通过输入缓冲级，增加系统的输入阻抗，使信号与放大输入端达到阻抗匹配，以保证肌肉电信号不失真。
SEMG信号通过输入缓冲级后，进入前级放大器。
前级放大器是整个电路的核心部分，具有放大信号、抑制共模干扰信号的作用。
肌电电极的极化电压是直流偏置电压。
在传导过程中，极化电压存在缓慢的漂移现象，并混合在SEMG信号中，同样被前级放大器放大[3]。
当输入电压过高，且增益较大时，可能导致输出信号失真。
综合考虑，本系统选用具有低输入偏置电流、高输入阻抗、高共模抑制比和噪声低等特点的AD8221芯片，前置电路图如图3所示。
V REFV图3 前置电路图3.2 右腿驱动电路在上肢康复运动的肌肉电信号采集系统中，前级放大器除了具有放大信号的作用，还需降低共模干扰电压。
右腿驱动（driven right leg, DRL）技术是降低共模干扰的方法之一，电路如图4所示。
其不仅可以降低50 Hz共模干扰，还可以提高共模抑制比。
首先由前置电路中2个相等的偏置电阻R G1，R G2可得人体的共模电压，该电压经过具有输入缓冲功能的电压跟随器，隔离了U2与AD8221，以减小两者间的干扰；然后经过反相放大，作为右腿驱动电路的输出，其中R4为限流电阻，防止电流过大对人体造成损伤；最后输出V DL。
