【摘要】：目前,上肢殘疾人的數(shù)量逐年增多,而使用不方便、仿生效果差的傳統(tǒng)假肢已經(jīng)不能滿足失臂患者的生活及工作需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一種以表面肌電信號(hào)作為控制源的智能假肢已成為研究熱點(diǎn)。目前市場(chǎng)上采用閾值方法的肌電假肢存在控制不直觀、靈活性差的缺陷,而采用模式識(shí)別方法的肌電假肢控制器還處于研究階段,大部分還處于實(shí)驗(yàn)仿真狀態(tài),其中控制效果較好的模式識(shí)別控制器也存在便攜性差、實(shí)用性差等不足,遠(yuǎn)未達(dá)到人們的期待水平。本文從三自由度肌電假肢的實(shí)際應(yīng)用出發(fā),提出了一種基于PSoC和DP-PSO-SVM的便攜式假肢控制系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法搭建完成,系統(tǒng)的硬件部分主要包括:PSoC主控電路、便攜式肌電信號(hào)采集電路、電源電路和假肢驅(qū)動(dòng)電路;系統(tǒng)的軟件部分包括:肌電信號(hào)的AD采集、IIR數(shù)字濾波、動(dòng)作起止點(diǎn)判斷、特征值提取以及模式識(shí)別程序。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中,為提高系統(tǒng)便攜性,基于PSoC利用軟硬件協(xié)同的方法設(shè)計(jì)肌電信號(hào)采集電路,該電路集采集電路與控制電路于一體,其便攜性可方便安裝,提高了系統(tǒng)的集成度。為提高系統(tǒng)的識(shí)別精度,本文采用監(jiān)督式學(xué)習(xí)算法——支持向量機(jī),并利用雙種群粒子群優(yōu)化算法(DP-PSO)解決系統(tǒng)對(duì)某些動(dòng)作識(shí)別率過(guò)低的問(wèn)題,提高系統(tǒng)的整體識(shí)別率�？刂葡到y(tǒng)以PSoC為主控制器,利用便攜式采集電路采集手臂的四通道肌電信號(hào),在PSoC內(nèi)部完成信號(hào)的數(shù)字濾波、起止點(diǎn)判斷和特征值提取,組成特征向量上傳到上位機(jī)訓(xùn)練DP-PSO-SVM分類器數(shù)學(xué)模型,模型參數(shù)寫入PSoC后可完成對(duì)手臂動(dòng)作的模式識(shí)別,最后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路即可實(shí)現(xiàn)三自由度假肢的握拳、展拳、腕內(nèi)旋、腕外旋、伸肘和屈肘6種動(dòng)作的模式識(shí)別控制。為驗(yàn)證控制系統(tǒng)的效果,設(shè)計(jì)了離線仿真對(duì)比和在線控制假肢實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用DP-PSO-SVM算法比采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群SVM(PSO-SVM)算法構(gòu)建的分類器識(shí)別精度提高4%,達(dá)到96.1%;該控制器對(duì)6種動(dòng)作的在線識(shí)別率達(dá)到95.8%,具有較高的動(dòng)作識(shí)別率,且符合實(shí)時(shí)性要求,很好的滿足了三自由度假肢的控制需求,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【圖文】：

研究一種假肢，要求該假肢佩戴方便，操作簡(jiǎn)單，敏感度高，成本低，成逡逑為了解決該問(wèn)題至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。逡逑如圖１－２為假肢發(fā)展過(guò)程［５］，最早的假肢只是用作掩蓋身體缺陷，主要作用逡逑是裝飾［６］，隨著科技的發(fā)展以及社會(huì)對(duì)殘疾人的關(guān)注，，假肢在技術(shù)上結(jié)合了材料逡逑１逡逑

邐Ａ逡逑裝飾搶工具手開(kāi)關(guān)控制栛閾值控制肌電假肢模式識(shí)別肌電假肢逡逑圖１－２上肢假肢發(fā)展示意圖逡逑市面上的假肢大多采用身體的一對(duì)拮抗肌的肌電信號(hào)，通過(guò)較為簡(jiǎn)單的閾值逡逑控制算法實(shí)現(xiàn)假肢一個(gè)自由度的控制［１°］，對(duì)于多自由度的控制，一般很難切換，逡逑因此采用閾值控制方式的肌電假肢存在控制方式不直觀，使用不方便的問(wèn)題。而逡逑在＇Ｙ前的研宄中，人們更多的是研究手臂表面肌電信號(hào)（ｓｕｒｆａｃｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ，逡逑ｓＥＭＧ）和假肢控制之間關(guān)系，通過(guò)模式識(shí)別的方法來(lái)控制假肢［ｕ］。目前很多機(jī)逡逑構(gòu)提出了很多不同的識(shí)別方法，其算法有較好的識(shí)別精度，但其本身很復(fù)雜，不逡逑適于完成對(duì)肌電假肢的實(shí)時(shí)處理。目前很多假肢都處在理論的研究階段，其高識(shí)逡逑別率都只是在利用仿真實(shí)驗(yàn)得到［１２］
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH77

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 路宜明;楊濟(jì)民;;基于PSoC的超聲相控陣高精度測(cè)距系統(tǒng)的研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年22期

2 夏孝云;李華峰;姚志遠(yuǎn);;基于PSoC的直線型超聲波電動(dòng)機(jī)精密定位系統(tǒng)[J];微特電機(jī);2013年01期

3 尹常永;李雙美;包妍;;基于PSoC的精確電容測(cè)量?jī)x[J];沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

4 鄭勇;;針織機(jī)械電氣控制系統(tǒng)對(duì)PSoC的應(yīng)用研究[J];科技致富向?qū)?2013年20期

5 劉臻;;基于PSoC單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2012年05期

6 江國(guó)棟;張兆東;;基于PSoC的電動(dòng)自行車用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制策略及實(shí)現(xiàn)[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2012年16期

7 任杰;朱華;梁大志;;PSoC在超聲波電動(dòng)機(jī)直線位移機(jī)構(gòu)步進(jìn)控制中的應(yīng)用[J];微特電機(jī);2012年10期

8 李玉麗;徐家品;張俊霞;;利用PSoC實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘[J];微計(jì)算機(jī)信息;2009年11期

9 董陽(yáng)澤;蔣山山;薛德賢;;PSoC在電機(jī)控制器中的應(yīng)用研究[J];微計(jì)算機(jī)信息;2006年08期

10 梅永,王柏林;可編程片上系統(tǒng)(PSoC)的基本原理及其在電能計(jì)量中的應(yīng)用[J];電測(cè)與儀表;2004年11期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 黃琳;;基于PSoC的超聲波電動(dòng)機(jī)無(wú)線控制器的設(shè)計(jì)[A];第十六屆中國(guó)小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

2 葉朝輝;華成英;趙彥博;;PSoC實(shí)踐教學(xué)研究[A];2007年全國(guó)高等學(xué)校電子技術(shù)研究會(huì)論文集[C];2007年

3 趙德正;;基于PSoC技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];湖北省機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)與傳動(dòng)專業(yè)委員會(huì)第十四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

4 趙德正;;基于PSoC技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];12省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)湖北省論文集[C];2006年

5 姚金勇;聶洪瑋;王慶鳳;;基于嵌入式系統(tǒng)級(jí)芯片PSoC的蓄電池活化裝置設(shè)計(jì)[A];全國(guó)第二屆嵌入式技術(shù)聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

6 陳遠(yuǎn)龍;萬(wàn)雷濤;唐火紅;;基于PSoC的微秒級(jí)脈沖電源的研制[A];第14屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 王凱;陳尚松;郭慶;;用PSOC數(shù)�；旌闲盘�(hào)陣列實(shí)現(xiàn)壓頻V/F變換[A];2004全國(guó)測(cè)控、計(jì)量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2004年

8 梁志穎;鄒治華;;模糊理論在投籃機(jī)械系統(tǒng)之設(shè)計(jì)[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

9 王楊;邵曉鵬;林見(jiàn)杰;;基于PSoC3的光功率計(jì)設(shè)計(jì)[A];第九屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅱ[C];2011年

10 張明杰;李華峰;夏孝云;;基于PSoC3的GMA驅(qū)動(dòng)電流源研究[A];第十七屆中國(guó)小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張楊;基于PSoC的三自由度肌電假肢（上肢）控制系統(tǒng)研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

2 黃賢校;液晶顯示控制器設(shè)計(jì)及其在PSoC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2009年

3 袁志兵;基于PSoC的超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

4 王蕓;基于PSoC的數(shù)字式電渦流位移傳感器設(shè)計(jì)[D];西安科技大學(xué);2014年

5 陳誠(chéng);基于PSoC的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究[D];天津大學(xué);2007年

6 高廣恒;基于PSoC的腦電信號(hào)無(wú)線采集系統(tǒng)[D];山東科技大學(xué);2009年

7 袁忠根;一種基于PSoC的電容感應(yīng)式觸摸按鍵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2007年

8 劉衛(wèi)玲;基于FPGA和PSoC的混沌加解密系統(tǒng)基礎(chǔ)研究[D];太原理工大學(xué);2014年

9 路宜明;基于PSoC的超聲相控陣高精度測(cè)距系統(tǒng)的研究[D];山東師范大學(xué);2014年

10 張?zhí)鞎r(shí);太陽(yáng)能照明能量管理PSoC設(shè)計(jì)[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2640933