人體肌肉在活動時,由大腦中樞系統(tǒng)發(fā)出控制信號,該信號由脊髓神經(jīng)元的軸突和樹突傳遞到終板區(qū),終板區(qū)與肌肉纖維耦合構(gòu)成肌肉活動的基本運(yùn)動單位,終板區(qū)產(chǎn)生的終板電位改變肌肉細(xì)胞膜的通透性,以致在眾多肌肉纖維在空間上疊加產(chǎn)生動作電位,即肌電信號,肌電信號與皮膚表面綜合反應(yīng)產(chǎn)生的電信號即表面肌電信號。表面肌電信號蘊(yùn)含大量與人體運(yùn)動狀態(tài)信息以及運(yùn)動意圖信息,可以對其進(jìn)行處理分析進(jìn)行人體姿勢狀態(tài)識別。人體下肢步態(tài)姿勢識別在智能仿生下肢、醫(yī)療康復(fù)、助老助殘等領(lǐng)域具有重要意義。本文結(jié)合人體下肢運(yùn)動實(shí)際,以人體下肢關(guān)鍵肌肉的表面肌電信號為研究對象,深入研究和討論了人體步態(tài)運(yùn)動模式、表面肌電信號、實(shí)驗(yàn)采集、信號預(yù)處理以及下肢步態(tài)和姿勢識別算法等方面內(nèi)容。具體地,本文開展了如下研究工作:首先,闡述了人體下肢步態(tài)的運(yùn)動模式和表面肌電信號的產(chǎn)生機(jī)理,分析了表面肌電信號用于人體下肢姿態(tài)識別的可行性,并設(shè)置信號數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn),采集人體不同下肢姿勢以及步行情況下的大腿表面肌電信號,為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支持。其次,根據(jù)表面肌電信號中的噪聲干擾,使用了合理的濾波去噪方法,有效降低了原始信號中的噪聲干擾。結(jié)合表面肌電信號特點(diǎn),對... 

【文章來源】：西華大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

人體下肢肌肉結(jié)構(gòu)

基于表面肌電信號的下肢步態(tài)及姿勢識別的研究10對步態(tài)時期進(jìn)行細(xì)致劃分，步態(tài)按照時間或者空間的規(guī)律呈現(xiàn)周期性變化，隨著步態(tài)的周期性變化，下肢sEMG信號也隨之呈現(xiàn)周期性改變[47]，因此我們可以研究sEMG信號與步行狀態(tài)之間的聯(lián)系，從而開展后續(xù)的識別研究。圖2.2步態(tài)周期示意圖Fig.2.2Gaitcyclediagram2.3表面肌電信號在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，大腦皮層對運(yùn)動信息進(jìn)行編碼，產(chǎn)生激勵或抑制運(yùn)動神經(jīng)元的信號，該信號由脊髓神經(jīng)元的軸突和樹突傳遞到終板區(qū)，終板區(qū)與肌肉纖維耦合構(gòu)成肌肉活動的基本運(yùn)動單位（MotorUnit,MU），肌肉細(xì)胞膜的通透性被終板區(qū)產(chǎn)生的終板電位轉(zhuǎn)變，以致在眾多肌肉纖維在空間上疊加產(chǎn)生動作電位[48]（MotorUnitActionPotential,MUAP），即肌肉電信號（Electromyography,EMG）。EMG信號與皮膚表面綜合反應(yīng)產(chǎn)生的電信號即表面肌電信號（surfaceElectromyography,sEMG）。表面肌電信號產(chǎn)生原理如圖2.3所示。相比于EMG信號，sEMG信號在測量上直接將表面電極粘貼在相應(yīng)肌肉處的皮膚表面，具有非侵入、無創(chuàng)傷、操作簡單等特性，且不需要專業(yè)醫(yī)護(hù)人員輔助，因此在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域常常用來診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾玻隨著對sEMG信號研究的深入，sEMG信號逐漸在人體姿態(tài)識別、外骨骼控制、人機(jī)交互等領(lǐng)域發(fā)展起來。雖然sEMG信號在不同個體、不同肌肉、不同肢體運(yùn)動之間存在差異，但仍具有以下幾點(diǎn)共同特性：

西華大學(xué)碩士學(xué)位論文11圖2.3表面肌電信號信號的產(chǎn)生原理Fig.2.3PrinciplesofsurfaceEMGsignalgeneration（1）sEMG的幅值大小與肌肉狀態(tài)呈近似線性關(guān)系，而與肌肉產(chǎn)生力的大小也近似呈正比關(guān)系；（2）sEMG信號的幅值很小，一般sEMG信號的幅值在0-2之間，而肌肉疊加產(chǎn)生的幅值最大不超過5；（3）sEMG信號的頻段處于低頻區(qū)間，分布在0-500內(nèi)，研究表明，多數(shù)sEMG信號集中在0-300之間；（4）sEMG信號是一種非平穩(wěn)隨機(jī)信號，它的分布規(guī)律會隨時間發(fā)生變化；（5）sEMG信號一般超前于身體動作30-150ms產(chǎn)生，這是通過sEMG信號進(jìn)行人機(jī)交互的重要前提；（6）人體同一處肌肉在一個特定的運(yùn)動模式中產(chǎn)生的sEMG信號具有很好的重復(fù)性，雖然有微小的差異，但是變化趨勢和基本規(guī)律保持一致。以上sEMG信號的特點(diǎn)給人體姿態(tài)識別、外骨骼控制、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域的研究帶來可能。一秒內(nèi)的sEMG信號如圖2.4所示。圖2.4sEMG信號圖Fig.2.4sEMGsignaldiagram

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]肌電信號采集與肌電假肢控制的研究[D]. 張志勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



本文編號：3334468