本文關(guān)鍵詞：一種用于假肢手的可穿戴肌電信號(hào)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：肢體殘障,特別是上肢殘障給生活、工作和學(xué)習(xí)都帶來(lái)了極大的不便。特別是在我國(guó)這樣一個(gè)總?cè)丝谂攀澜珙^名的國(guó)家,上肢殘障人士的絕對(duì)數(shù)量十分巨大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,利用最新的科技成果幫助殘障人士恢復(fù)或部分恢復(fù)正常人群的生活品質(zhì)一直以來(lái)都是每一位從事生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的科研人員義不容辭的社會(huì)責(zé)任。本論文立足于實(shí)驗(yàn)室自行研究的表面肌電識(shí)別算法,面向肌電假肢手,獨(dú)立開(kāi)發(fā)了一套可穿戴的表面肌電采集裝置。主要進(jìn)行了如下工作:對(duì)表面肌電信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理從生理學(xué)和解剖學(xué)的角度進(jìn)行了分析。以及對(duì)使用多通道生理信號(hào)記錄儀采集到的較為標(biāo)準(zhǔn)的表面肌電信號(hào)進(jìn)行了幅值、頻率特征分析,為肌電檢測(cè)電路設(shè)計(jì)確定了主要技術(shù)指標(biāo)。從無(wú)源電極傳感器入手,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)干濕兩種電極,分別檢測(cè)了兩種電極自身的阻抗特性:濕電極的阻抗變化較小,阻值較小,以容性為主,阻抗隨頻率升高而降低;干電極阻抗變化較大,阻值較大,也為容性,阻抗隨頻率變化的特性與濕電極相同。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)干濕兩種電極分別與人體耦合后的阻抗特性。濕電極耦合阻抗特性表現(xiàn)為變化較穩(wěn)定,阻抗隨頻率升高而降低;干電極阻抗特性表現(xiàn)為穩(wěn)定耦合需要時(shí)間較長(zhǎng),電阻值較大,兩者均表現(xiàn)為容性耦合。圍繞有源肌電檢測(cè)電極電路,設(shè)計(jì)了一種含有工頻陷波器的有源電極電路,該電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面肌電信號(hào)的放大、信號(hào)調(diào)理功能。測(cè)試了該電路的幅頻特性、共模抑制比和輸入電阻特性并實(shí)際采集表面肌電信號(hào)。設(shè)計(jì)與對(duì)照組表面肌電信號(hào)的對(duì)比實(shí)驗(yàn),選取時(shí)域和頻域特征值,對(duì)電路方案做出功能性評(píng)估,認(rèn)為這一電路方案能夠較為有效地檢測(cè)到表面肌電信號(hào),時(shí)域特征值指標(biāo)與對(duì)照組信號(hào)的變化趨勢(shì)較為接近,但也發(fā)現(xiàn)該電路方案存在抗基線偏移性能差的缺點(diǎn)。針對(duì)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于減法器的基線消除電路,用于抑制基線漂移。測(cè)量了其幅頻特性、共模抑制比和輸入電阻特性。設(shè)計(jì)功能性實(shí)驗(yàn)證明了在實(shí)際表面肌電采集過(guò)程中,這種電路方案能夠較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的采集不同力量水平下的表面肌電信號(hào),可以用于為肌電假肢手提供控制源信號(hào)。最后,實(shí)現(xiàn)了穿戴式肌電信號(hào)采集裝置的相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了處理器正常運(yùn)行、處理模擬信號(hào)、與下位機(jī)通信的功能。再次,依照電極規(guī)則和可穿戴設(shè)備的相關(guān)要求,對(duì)整套裝置進(jìn)行了外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并使用3D打印技術(shù)將設(shè)計(jì)制造出來(lái)。對(duì)整機(jī)的外形尺寸和重量實(shí)施了測(cè)量,對(duì)實(shí)際穿戴效果進(jìn)行了演示。最后,本文對(duì)全部工作進(jìn)行了總結(jié),對(duì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中所得到的有益經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題如實(shí)的進(jìn)行了說(shuō)明并對(duì)今后可以開(kāi)展的工作方向進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：表面肌電信號(hào) 肌電假肢手 抑制基線漂移 可穿戴設(shè)備
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN911.23;R318.17
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 肌電控制信號(hào)的研究進(jìn)展11-15
• 1.2.1 假肢控制信號(hào)的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 肌電假肢的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 肌電假肢的控制方法15
• 1.3 論文主要內(nèi)容15-18
• 2 表面肌電信號(hào)分析研究18-40
• 2.1 肌電信號(hào)的形成機(jī)理18-21
• 2.2 肌電信號(hào)的采集方式21-22
• 2.3 人體前臂肌肉的解剖結(jié)構(gòu)22-23
• 2.4 表面肌電信號(hào)源分析23-30
• 2.4.1 原始信號(hào)分析23-26
• 2.4.2 電極-皮膚耦合分析與測(cè)試26-30
• 2.5 電路需求分析30-39
• 2.5.1 有源電極需求分析30-38
• 2.5.2 控制電路需求分析38-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 3 有源電極電路設(shè)計(jì)40-58
• 3.1 方案流程40-41
• 3.2 有源電極硬件設(shè)計(jì)41-47
• 3.2.1 芯片選型41
• 3.2.2 電源設(shè)計(jì)41-42
• 3.2.3 前置放大42-44
• 3.2.4 信號(hào)調(diào)理44-47
• 3.3 電平變換和鉗位電路47-48
• 3.4 電路性能測(cè)試48-51
• 3.4.1 幅頻特性測(cè)試48-49
• 3.4.2 共模抑制比測(cè)試49-50
• 3.4.3 輸入電阻測(cè)試50-51
• 3.5 表面肌電信號(hào)實(shí)驗(yàn)測(cè)試51-57
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)51-52
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程52-54
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析54-57
• 3.6 本章小結(jié)57-58
• 4 抑制基線漂移的肌電信號(hào)檢測(cè)改進(jìn)電路設(shè)計(jì)58-72
• 4.1 分析問(wèn)題與提出假設(shè)58-63
• 4.2 有源電極硬件設(shè)計(jì)63-66
• 4.2.1 芯片選型63
• 4.2.2 電源設(shè)計(jì)63-65
• 4.2.3 前置放大與基線消除電路65-66
• 4.2.4 電平抬升電路66
• 4.3 電氣特性測(cè)試66-68
• 4.3.1 幅頻特性測(cè)試66-67
• 4.3.2 共模抑制比測(cè)試67-68
• 4.3.3 輸入電阻測(cè)試68
• 4.4 肌電信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試68-70
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)68
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程68
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析68-70
• 4.5 肌電信號(hào)檢測(cè)時(shí)效性實(shí)驗(yàn)測(cè)試70-71
• 4.6 本章小結(jié)71-72
• 5 穿戴式肌電檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72-92
• 5.1 有源電極結(jié)構(gòu)需求72-73
• 5.2 有源電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73-78
• 5.3 控制盒結(jié)構(gòu)需求78
• 5.4 控制盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)78-83
• 5.4.1 控制盒前蓋79-82
• 5.4.2 控制盒后蓋82-83
• 5.5 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試83-87
• 5.5.1 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)83-85
• 5.5.2 結(jié)構(gòu)測(cè)試85-87
• 5.5.3 穿戴展示87
• 5.6 控制電路的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)87-90
• 5.6.1 電源電路87-88
• 5.6.2 接口與外圍電路88-90
• 5.7 本章小結(jié)90-92
• 6 總結(jié)與展望92-96
• 6.1 總結(jié)92-93
• 6.2 展望93-96
• 致謝96-98
• 參考文獻(xiàn)98-102
• 附錄102
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目102
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間取得科研成果102

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本文編號(hào)：487752