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基于肌电信号的人机接口技术的研究

基于生物电信号的人机交互技术是近年来人机交互技术和遥操作机器人研究的前沿和热点之一。本文以国家重大基础研究973项目、教育部留学回国人员基金项目为背景,旨在系统地研究肌电信号产生和传递的机理,信号的获取方法,信号特征值的提取方法,基于肌电信号的动作识别方法以及肌电信号人机交互技术应用于遥操作机器人领域的可行性。本文首先概括了基于生物电信号的人机交互技术产生和发展的趋势。总结了肌电信号的产生和传播机制。针对神经肌肉接头在肌腹处有聚集性的事实,提出了一种可以降低表面肌电信号非平稳性的电极设置方案。构建了生物电信号采集试验平台。包括便携式的肌电信号放大器和基于虚拟仪器的采集软件平台。提出了一种通过肌电信号捕捉运动起始时刻的方法。认为这种方法可以省去冲动到达肌小节后和肌小节内的ATP发生化学反应的时间,大幅度地降低人机接口的反应时间。阐述了基于精确动作起始时刻同步信号的动作识别方法。证明了精确起始时刻对于动作识别的重要性。提取运动起始时  (本文共113页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海师范大学
上海师范大学

基于sEMG和EEG的上肢康复机器人人机接口技术研究

在康复医疗领域,康复机器人正在逐渐取代康复医师帮助肢体瘫痪的患者进行康复训练,在中风康复领域的价值也越发明显。人机接口技术是上肢康复机器人系统的重要组成部分,这种技术是利用传感器采集人体生理信号,通过生理信号获取人体的活动意图,并将其转换成机器的控制指令。人机交互技术应用在康复训练中能够帮助患者提高训练的积极性,提高康复训练的效果。表面肌电信号(surface electromyography,sEMG)和脑电信号(electroencephalography,EEG)是上肢康复机器人中最常用的生物电信号,它们蕴含了丰富的生理信息。本文目的在于研究基于s EMG和EEG的上肢康复机器人人机交互技术,包括上肢肘关节4种动作的运动模式识别和运动想象推和拉的脑电信号模式识别,以及在PC端设计开发上位机系统。研究的主要内容有:(1)采用健侧带动患侧训练模式,采集健侧肘关节运动时上臂的肌电信号,通过5阶带通滤波器对信号进行滤波,通过滑动平...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

基于头部电磁信息反演的人机交互系统控制指令提取方法研究

随着我国人口老龄化加剧,完全失能老年人口数量逐年攀升。此外,由于神经和肌骨系统病变、自然灾害、交通事故等导致的残障完全失能患者也在逐年增多。上述原因导致我国完全失能患者群体日益庞大,其占我国人口总数的比重也呈上升趋势。为了维持完全失能患者的日常生活,患者家庭和社会面临沉重的负担和严峻的考验,如何帮助完全失能患者实现生活自理以及与外界的沟通和交流,是一个亟待解决的重大社会问题。本文从头部电磁信息的物理特性出发,利用具有空间分布特征的磁信息和具有集中参数特征的电信息,包括用于定位舌动的标记磁信号、眼动伴随产生的生理电信号和大脑思维活动伴随产生的脑电、脑磁信号,开展了基于头部电磁信息反演的人机交互系统控制指令提取方法研究。为了解决如何快速获得高精度、多模式的控制指令等关键问题,本文在理论研究的基础上,利用仿真和实验进行了验证,并开展了辅助人机交互系统应用研究:针对基于磁标记舌机接口的入机交互系统控制指令提取面临的快速性、高精度要求,提...  (本文共132页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
北京交通大学

基于无线传感器网络的表面肌电信号驱动的人机接口技术研究

表面肌电信号(sEMG, Surface Electromyography)作为人体产生的一种重要的生物电信号能够反映神经和肌肉系统的功能和生理状态,被广泛应用于人机交互、假肢控制、遥控机器人、虚拟现实、脑机接口等领域。无线传感器网络技术(Wireless Sensor Networks, WSN)集传感器、计算机、网络通信、无线传输及嵌入式技术于一体,通过多个节点形成网络,能够实时采集网络覆盖区域的重要信息,使用户可以远程监控网络覆盖区域。本论文将表面肌电信号驱动的人机接口技术和无线传感器网络相结合,研究并设计基于无线传感网络的肌电驱动的人机接口。本论文首先设计了表面肌电信号的采集放大电路,其次采用基于ATmega128L的GAINS系统构建了包含采集节点和sink节点的无线网络实验平台,设计并实现了网络各层通信协议以及节点与计算机之间的串口通信过程。同时对接收到的表面肌电信号完成信号预处理后,采用改进的平均能量差方法对表面肌...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

沈阳工业大学
沈阳工业大学

上肢高密度sEMG特征分类研究

人机接口技术的发展一直是医疗康复领域里值得关注的研究方向,采用二维矩阵式高密度表面肌电(High Density surface EMG,HD-sEMG)信号采集技术,能够测量覆盖在限定皮肤区域肌肉的电活动,捕捉整块肌肉活动区域肌电信号时域和空间域分布信息,有利于对复杂动作肌电信号的解析和优化。由于人体上肢运动肌电信号解析较为困难,本文提出一种针对上肢运动HD-sEMG信号人机接口技术解析优化方法;对实验者上肢前伸和外展共八种不同运动角度时三角肌的HD-sEMG信号进行解析和优化,以模拟对上肢前伸和外展连续动作产生的肌电信号的解析。本文采用64路配置的高密度sEMG电极采集HD-sEMG信号。首先,根据肌电控制人机接口技术的整体结构,在数据预处理方面,详细对比主成分分析、快速独立元分析和多分类共同空间模式三种空间滤波算法,分别对采集的HD-sEMG信号作空间滤波预处理,求得分离矩阵以实现对原信号数据的重构及降低数据维数的目的。基...  (本文共69页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

基于脑机接口技术的偏瘫辅助康复系统的研制

脑机接口(brain-computer interface,BCI)是近十年发展起来的一种新颖的人机接口方式。它是不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉组织)的脑-机(计算机或其它装置)通讯系统。脑机接口的一个重要途径是为那些思维正常但有严重功能障碍的患者提高语言交流和环境控制途径,提高其生存质量。对于失神经控制的患者,可以采用功能性电刺激仪(Functional electrical stimulation FES)产生电刺激,利用神经细胞对电刺激的响应来传递外加的人工控制信号,通过外电流的作用使神经细胞能产生一个与自然激发引起的动作电位完全一样的神经冲动,使其支配的肌肉纤维产生收缩,从而获得运动的效果。本文针对中枢神经系统受到损伤,外周神经保持良好的偏瘫病人开展了基于脑机接口技术的偏瘫病人辅助康复系统的研究。本研究将BCI与FES相结合,提出了整个系统的设计方案:将大脑因为想象肢体运动产生的事件相关同步电位和事件相关去...  (本文共95页) 本文目录 | 阅读全文>>