表面肌電信號(hào)記錄了在肌肉自主收縮時(shí)由肌肉纖維產(chǎn)生的電生理活動(dòng)。它作為生物/機(jī)械人機(jī)接口的一種重要輸入信號(hào)在電動(dòng)假肢手控制中得到了廣泛地應(yīng)用,該方法也被稱作肌電控制。肌電人機(jī)接口的主要功能是識(shí)別肌電信號(hào)的動(dòng)作模式,從而為肌電控制提供準(zhǔn)確的動(dòng)作指令。為能控制多自由度靈巧假肢手,人機(jī)接口系統(tǒng)需要從肌電信號(hào)中解碼出多種手部和腕部動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的肌電模式,并保證其具有足夠的分類精度。本文將側(cè)重研究肌電特征提取和分類算法。主要的工作如下:為了從肌電信號(hào)中提取高階統(tǒng)計(jì)信息,本文采用雙譜變換來分析信號(hào),并使用雙譜積分方法和Fisher線性判別投影方法提取雙譜矩陣中的特征量。在實(shí)驗(yàn)中,我們采用Davies-Bouldlin系數(shù)和各種不同分類器來分析肌電高階信息對(duì)動(dòng)作分類效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明雙譜特征在類-類分離性和動(dòng)作識(shí)別率上要好于其它一階或二階肌電特征。本文使用肌電信號(hào)的頻率信息來進(jìn)行動(dòng)作分類,提出一種從傅里葉系數(shù)中導(dǎo)出倒譜系數(shù)的特征提取方法,其計(jì)算主要采用快速傅里葉變換和離散余弦變換實(shí)現(xiàn)�；贔isher比例系數(shù)的特征選擇用來從倒譜系數(shù)中獲取具有最佳區(qū)分度的肌電特征。另外,我們還提出了一種特征層次的后... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

基于肌電信號(hào)的人機(jī)接口應(yīng)用Fig.1-1ApplicationsoftheEMG-basedHMI

exterous hand[15]，Cyberhand[16]，DLR-HIT hand[17] 等），但在現(xiàn)階段基于人體信號(hào)處理的控制技術(shù)發(fā)展還相對(duì)滯后，急需研究和開發(fā)出能夠滿足多自由度靈巧手控制需求的生物/機(jī)械人機(jī)接口系統(tǒng)。生物、信息、控制等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步以SP、FPGA 等芯片強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力使得人們有條件開發(fā)功能先進(jìn)的生物／機(jī)統(tǒng)接口。近年來，應(yīng)用于多自由度假肢手控制的人機(jī)接口的研究已經(jīng)成為國外學(xué)注的一個(gè)熱點(diǎn)，加拿大 University of New Brunswick 大學(xué)，美國 Rehabilitastitution of Chicago 和意大利 Advanced Robotics Technology and Systems Laborary外大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)正在致力于開發(fā)新一代肌電控制假肢手及其人機(jī)接口系統(tǒng)。在的有關(guān)肌電控制多自由度假肢手的研究項(xiàng)目中，具有代表性的工作是由約翰霍普大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室以及北美多家大學(xué)聯(lián)合開展的 DARPA（Defense Advanesearch Projects Agents）Revolutionizing Prosthetics 2009 項(xiàng)目。該研究計(jì)劃擬開發(fā)含有 23 個(gè)自由度的靈巧假肢手，以提供給在戰(zhàn)爭(zhēng)中失去手臂的人使用，其假肢制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分就是基于動(dòng)作肌電信號(hào)識(shí)別的生物/機(jī)械接口�？梢姡‰娍刂迫藱C(jī)接口技術(shù)將會(huì)是新一代多自由度靈巧假肢手開發(fā)過程中的一個(gè)研究對(duì)象。

圖 1-4 傳統(tǒng)三狀態(tài)幅度調(diào)制假肢控制Fig.1-4 Three-state amplitude modulation control of prosthesis早在 20 世紀(jì) 60 年代前，研究者 Reiter、Berger 等[19]提出了一種 3 狀態(tài)包絡(luò)解調(diào)肌電控制方法。但受制于當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)水平，并沒有在臨床上用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，在 19 世紀(jì) 60 年代至 70 年代，采用幅度和多狀態(tài)肌電控制器研究取得了重大的進(jìn)展。在此期間，商業(yè)化肌電假肢手開始出現(xiàn)，以 Otto Bock、Hugh Steeper 為代表的公司開始提供臨床使用的。圖 1-4 簡(jiǎn)述了幅度和速率調(diào)制控制方法的原理[19]。該控制方案將假肢能分配給一塊獨(dú)立的肌肉，在肌肉開始進(jìn)行拉伸活動(dòng)且肌電信號(hào)的幅度高，就啟動(dòng)假肢手對(duì)應(yīng)的功能自由度。這種使用肌電信號(hào)幅度調(diào)制來控制假被稱為傳統(tǒng)肌電控制，已被廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)有肌電假肢手產(chǎn)品上。但是這電控制方法很難在動(dòng)作模式多于 3 個(gè)的肌電假肢手系統(tǒng)上使用，因?yàn)楦鶕?jù)學(xué)技術(shù)還不能夠找到多塊獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的前臂肌肉[20]，其操作的失誤率也是受的。傳統(tǒng)的肌電控制方法已不能滿足未來多自由度靈巧假肢手控制的要在急需要尋找性能更佳的動(dòng)作肌電信號(hào)解碼技術(shù)，來解決現(xiàn)有肌電人機(jī)接


本文編號(hào)：2904197