【摘要】：近年來，由于交通事故和環(huán)境惡化等因素的影響，使我國殘疾人的數(shù)目有所增多，而占據(jù)殘疾人更大比例的是上肢殘疾，這給他們的日常生活帶來了極大的困難，因此研究一種價(jià)格低廉、易于攜帶的仿生手臂對解決我國的殘疾人問題具有至關(guān)重要的作用。 目前，用于控制仿生手臂的信號主要提取于腦電、聲音、肌電等信號，而肌電信號易于提取，相對穩(wěn)定，并且能夠反映不同動(dòng)作的狀態(tài)而被廣泛應(yīng)用�，F(xiàn)在大多數(shù)研究中都是采用一種造價(jià)很高的肌電信號采集儀器采集表面肌電信號，然后將采集的信號輸入到PC機(jī)中進(jìn)行模擬仿真，雖然采集到的信號較準(zhǔn)確，但造價(jià)昂貴、不易攜帶的特點(diǎn)使其不能被普遍使用，為了解決這個(gè)問題，本文設(shè)計(jì)一種肌電信號采集系統(tǒng)，將采集到的信號送入具有ARM11處理器的開發(fā)板中進(jìn)行模式識別，，達(dá)到了易于攜帶、價(jià)格低廉的目的。本文主要工作如下： 1.對表面肌電信號的產(chǎn)生及其特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并且介紹了幾種常用的數(shù)學(xué)模型，對這些數(shù)學(xué)模型的適用環(huán)境作了簡要概述。研究了常見嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，并對本文所選的Linux操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)核架構(gòu)以及ARM處理器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)描述。 2.對表面肌電信號采集系統(tǒng)的干擾源進(jìn)行了分析，干擾來自于系統(tǒng)內(nèi)部噪聲、人體的生物電信號、運(yùn)動(dòng)刺激偽跡、高頻干擾以及50Hz工頻干擾，而這些干擾中，50Hz工頻干擾對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響最大。 3.在表面肌電信號的采集方面，通過對針式電極和貼片電極的比較，我們采用對人體沒有傷害的銀/氯化銀的貼片電極采集肌電信號。 4.在表面肌電信號的放大方面，由于表面肌電信號微弱性的特點(diǎn)，在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們要考慮將肌電信號進(jìn)行放大，并且該放大電路要盡可能抑制噪聲的干擾，所以本文對其進(jìn)行了三級放大，第一級采用的是差分放大，有效的抑制了共模信號帶來的干擾，選用AD620雙端輸入放大器作為我們的二級放大，選用LF353作為第三級的放大，經(jīng)過以上三級放大將肌電信號放大了1000倍左右，達(dá)到了信號處理的要求。 5.在對表面肌電信號進(jìn)行濾波處理方面，由于肌電信號的低頻特性，我們采用高通、低通濾波器，將能量主要集中在50Hz～350Hz的有用信號保留下來。又由于信號的最大干擾來自于50Hz的工頻干擾，所以對采集到的信號要用MAX050進(jìn)行陷波處理，消除工頻干擾給信號采集帶來的影響。 6. A/D轉(zhuǎn)換。為了對信號進(jìn)行處理，我們必須將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，這里我們選用C8051F320里固有的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。本文為了驗(yàn)證采集系統(tǒng)的正確性，在PC端利用Matlab模擬仿真出了不同動(dòng)作肌肉的表面肌電信號圖，驗(yàn)證了信號采集系統(tǒng)的有效性。 7.在軟件程序設(shè)計(jì)方面，主要是在具有ARM11處理器的OK6410開發(fā)板上，進(jìn)行串口接收數(shù)據(jù)程序的設(shè)計(jì)，以及對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真，描繪出不同動(dòng)作的肌電圖。 8.在OK6410開發(fā)板上進(jìn)行了動(dòng)作模式識別實(shí)驗(yàn)，利用雙通道對表面肌電信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了特征提取，提取后的特征值構(gòu)成特征向量，將特征向量輸入到訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，對不同動(dòng)作進(jìn)行識別。實(shí)驗(yàn)表明，本文所設(shè)計(jì)的雙通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的信號的準(zhǔn)確率高于造價(jià)昂貴的肌電采集儀器采集到的信號，并且可以在基于ARM11處理器的開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了便攜、價(jià)格低廉的目的。同時(shí)，證明了本文所設(shè)計(jì)的表面肌電信號采集與仿真系統(tǒng)可以滿足后續(xù)仿生手臂控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2321891