【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作為控制源的智能假肢已成為研究熱點。目前市場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,大部分還處于實驗仿真狀態(tài),其中控制效果較好的模式識別控制器也存在便攜性差、實用性差等不足,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、便攜式肌電信號采集電路、電源電路和假肢驅(qū)動電路;系統(tǒng)的軟件部分包括:肌電信號的AD采集、IIR數(shù)字濾波、動作起止點判斷、特征值提取以及模式識別程序。在系統(tǒng)設(shè)計研究中,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)計肌電信號采集電路,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)對某些動作識別率過低的問題,提高系統(tǒng)的整體識別率。控制系統(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,在PSoC內(nèi)部完成信號的數(shù)字濾波、起止點判斷和特征值提取,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后可完成對手臂動作的模式識別,最后通過驅(qū)動電路即可實現(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種動作的模式識別控制。為驗證控制系統(tǒng)的效果,設(shè)計了離線仿真對比和在線控制假肢實驗,實驗結(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)建的分類器識別精度提高4%,達(dá)到96.1%;該控制器對6種動作的在線識別率達(dá)到95.8%,具有較高的動作識別率,且符合實時性要求,很好的滿足了三自由度假肢的控制需求,具有較強(qiáng)的實用性。
【圖文】：

研究一種假肢，要求該假肢佩戴方便，操作簡單，敏感度高，成本低，成逡逑為了解決該問題至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。逡逑如圖１－２為假肢發(fā)展過程［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)展以及社會對殘疾人的關(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關(guān)控制栛閾值控制肌電假肢模式識別肌電假肢逡逑圖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拮抗肌的肌電信號，通過較為簡單的閾值逡逑控制算法實現(xiàn)假肢一個自由度的控制［１°］，對于多自由度的控制，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（ｓｕｒｆａｃｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ，逡逑ｓＥＭＧ）和假肢控制之間關(guān)系，通過模式識別的方法來控制假肢［ｕ］。目前很多機(jī)逡逑構(gòu)提出了很多不同的識別方法，其算法有較好的識別精度，但其本身很復(fù)雜，不逡逑適于完成對肌電假肢的實時處理。目前很多假肢都處在理論的研究階段，其高識逡逑別率都只是在利用仿真實驗得到［１２］
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH77

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本文編號：2640933