專利名稱：一種基于無線表面肌電信號的遙控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物醫(yī)學(xué)工程的電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線表面 (如人體前臂表面)肌電信號的遙控裝置，利用人體的生理電信號實現(xiàn)與外圍世界的信息交互。
背景技術(shù)：
肌電信號(Electromyography，EMG)是伴隨著肌肉活動而產(chǎn)生的一種重要的生物電信號，其中蘊(yùn)涵了肌肉狀態(tài)和肌肉活動的各種信息，根據(jù)測量中所用的電極和安放位置的不同，檢測到的肌電信號可被分為兩類針電極肌電信號(Needle EMG, NEMG)和表面電極肌電信號(Surface EMG，SEMG)，前者使用針形電極，將其插入到要測量的肌肉內(nèi)部，直接在活動肌纖維附近檢測電位信息，而后者則是使用表面電極，將其安放在被測肌肉皮膚表面，測量肌肉活動在測量表面處的電位綜合。NEMG記錄的是電極附近為數(shù)較少的肌纖維的電活動，通常具有良好的空間分辨率和較高的信噪比，但是針電極插入人體時會對肌肉和脂肪組織造成損傷，不宜反復(fù)多次或者過長時間測量，也不宜同時測量多通道信號，所以， 不適合在如人機(jī)交互等日常生活中廣泛使用。表面電極相對針電極具有較大的檢測表面， 通?？臻g分辨率較低，記錄的信號為一定范圍內(nèi)肌纖維活動的電位綜合，而且SEMG比較微弱，容易受外界噪聲干擾，信噪比較低，但是SEMG的最大優(yōu)勢是測量的無損傷性，所以，根據(jù)實際需要，可以隨時在皮膚表面任意位置采集多通道的SEMG，而且采集信號的持續(xù)時間可以自由控制，是目前比較受歡迎的采集方式。近年來，SEMG不僅被廣泛應(yīng)用于運動醫(yī)學(xué)、 康復(fù)工程、肌肉疾病診斷等領(lǐng)域，而且作為一種新穎的人機(jī)交互控制方式備受關(guān)注，肌電控制系統(tǒng)通過對相應(yīng)肌群上采集到的SEMG信號的分析對不同人體動作進(jìn)行識別，用識別結(jié)果來控制外圍設(shè)備?，F(xiàn)有技術(shù)中，在硬件實現(xiàn)方面，現(xiàn)有的SEMG采集系統(tǒng)大多使用有線的方式，電極與采集設(shè)備及電腦等控制設(shè)備有線連接，由交流電源供電，這種方式易引入工頻干擾，此夕卜，有線電極體積大、重量較重、功耗較大、對人體造成束縛，不便在日常生活中使用。另外， 在基于SEMG的實時手勢動作識別的研究方面，現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)識別率較高的系統(tǒng)都是選取常見手勢動作中區(qū)分度比較明顯的六到八類粗大動作進(jìn)行識別，而且基本上都使用了六到八個通道進(jìn)行SEMG信號采集。識別率不高，實現(xiàn)較為復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種體積小、重量輕、低功耗的基于無線表面肌電信號的遙控裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供以下技術(shù)方案一種基于無線表面肌電信號的遙控裝置，其包括信號發(fā)射端和信號接收端，所述信號發(fā)射端包括信號采集板、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一單片機(jī)和發(fā)射模塊，所述信號采集板信號連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路信號連接第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)信號連接發(fā)射模塊，所述信號采集板連接表面肌電電極，所述信號接收端包括信號接收模塊、第二單片機(jī)和驅(qū)動電路，所述信號接收模塊信號連接第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)信號連接驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路信號連接電機(jī)。優(yōu)選地，所述信號采集板包括電壓跟隨器、生物儀器放大器和帶通濾波器，所述表面肌電電極信號連接電壓跟隨器，所述電壓跟隨器信號連接生物儀器放大器，所述生物儀器放大器信號連接帶通濾波器，所述帶通濾波器連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路。優(yōu) 選地，還包括反饋電極，所述反饋電極和所述表面肌電電極共地，并且都連接所述信號發(fā)射端的信號采集板。通過實施以上技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果本實用新型提供的基于無線表面肌電信號的遙控裝置通過無線多通道便SEMG采集及處理系統(tǒng)的設(shè)計，使得SEMG采集系統(tǒng)更加便攜易用，體積小，重量輕，使用電池供電，用無線的方式傳輸數(shù)據(jù)，不僅可以避免工頻干擾取得高信噪比的SEMG，還將人與高電壓危險設(shè)備隔離，電氣安全性好；還通過優(yōu)化電極的配置和安放，僅用四通道SEMG實現(xiàn)了對十種精細(xì)復(fù)雜的中國數(shù)字手勢的識別，正確率高達(dá)90%以上，并且將SEMG的識別結(jié)果應(yīng)用到遙控裝置的實時控制中去，實現(xiàn)了用無線SEMG 實時地靈活地控制遙控車。

圖1為本實用新型實施例提供的基于無線表面肌電信號的遙控裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的基于無線表面肌電信號的遙控裝置電路原理圖；圖3為本實用新型實施例提供的信號采集板的電路原理圖。
具體實施方式
為了更好的理解本實用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型提供的實施例。本實用新型實施例提供一種基于無線表面肌電信號的遙控裝置，如圖1和圖2所示，包括信號發(fā)射端3和信號接收端4，所述信號發(fā)射端3包括信號采集板9、A/D轉(zhuǎn)換電路10、第一單片機(jī)11和發(fā)射模塊12，所述信號采集板9信號連接A/D轉(zhuǎn)換電路10，所述A/ D轉(zhuǎn)換電路10信號連接第一單片機(jī)11，所述第一單片機(jī)11信號連接發(fā)射模塊12，所述信號接收端包括信號接收模塊13、第二單片機(jī)14和驅(qū)動電路15、17，所述信號接收模塊13 信號連接第二單片機(jī)14，所述第二單片機(jī)14信號連接驅(qū)動電路15、17，所述驅(qū)動電路15、 17分別信號連接電機(jī)16、18。在具體的實施例中，所述信號采集板9如圖3所示包括電壓跟隨器19、生物儀器放大器20和帶通濾波器21，表面肌電電極1信號連接電壓跟隨器19， 所述電壓跟隨器19信號連接生物儀器放大器20，所述生物儀器放大器20信號連接帶通濾波器21。更為具體的，四通道表面肌電電極1放置于人體前臂的拇長伸肌、指屈肌、指伸肌和小指屈肌所對應(yīng)的皮膚表面處，該遙控裝置還包括一個與面肌電電極1共地反饋電極2， 每通道表面肌電電極1包括一個正電極和一個負(fù)電極，正負(fù)電極分別連接電壓跟隨器19的輸入端，其輸出端連接生物儀器放大器20的輸入端，生物儀器放大器20對信號進(jìn)行差分放大并去噪，放大倍數(shù)為20倍或者其他倍數(shù)，其輸出端連接切比雪夫I型一階帶通濾波器 21的輸入端，該濾波器21對信號進(jìn)行有用頻段的提取和無用頻段的抑制，通頻帶為20 500Hz，通帶內(nèi)的增益為50，其輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路10，單片機(jī)11控制A/D轉(zhuǎn)換電路10 轉(zhuǎn)換的采樣頻率(此處為1000Hz)和發(fā)射模塊12的發(fā)射頻率；信號采集板9是由四通道圖3所示電路構(gòu)成的60mmX30mmX2mm的雙面PCB，而A/D轉(zhuǎn)換電路10、單片機(jī)11和發(fā)射模塊12則共同組成與信號采集板9同樣尺寸的PCB板，它們兩者通過接口接連，組成尺寸為60mmX30mmX10mm的電路模塊3，由電源電路22供電。反饋電路23連接電源電路22， 輸出信號到反饋電極，可以有效的抑制人體的共模信號并使人體與電路共地。通過無線的方式，信號發(fā)射端3將采集到的SEMG傳輸給由接收模塊13、單片機(jī)14 和驅(qū)動電路15、17組成的電信號接收端4，經(jīng)過第二單片機(jī)14對動作段檢測、特征提取和識別算法的實現(xiàn)，將四通道SEMG信號的分類結(jié)果用作對遙控車的控制，遙控車由可充電鉛蓄電池M供電，車前部的兩個輪子7、8都為萬向輪，車后部的兩個輪子由直流電機(jī)5(16)和 6(18)分別控制。在該遙控裝置中，優(yōu)選地，所述表面肌電電極為四對表面肌電電極，所述四對表面肌電電極分別設(shè)置在拇長伸肌的表面肌電電極、設(shè)置在指屈肌的表面肌電電極、設(shè)置在指伸肌的表面肌電電極和小指屈肌的表面肌電電極。首先是活動段檢測，當(dāng)檢測到信號瞬時能量高于設(shè)定閾值，則認(rèn)為活動段開始，當(dāng)檢測到信號瞬時能量低于閾值，則認(rèn)為活動段結(jié)束，活動段長度需大于100ms，否則視為噪聲，瞬時能量計算采用平均移動窗法；其次是特征提取，通過計算各通道活動段的信號幅度絕對值均值(Mean Absolute Value,MAV)禾口絕對值均值比(Mean Absolute Value Ratio, MAVR)組成了一個1X8的特征向量；最后就是通過各種常用的分類方法對特征向量進(jìn)行判別，這里使用貝葉斯線性分類器，分類結(jié)果賦值給控制量，值域是從一到十的整數(shù)，分別代表遙控裝置的十種動作。該基于無線表面肌電信號的遙控裝置僅利用四通道前臂表面肌電信號實現(xiàn)對中國傳統(tǒng)一到十?dāng)?shù)字手勢的實時識別，這十種手勢都是有手指參與的精細(xì)動作，識別率達(dá)到 90%以上。具體的控制過程描述如下第二單片機(jī)14通過對接收的四通道SEMG的分析，若判別結(jié)果為十，則開啟對電機(jī)驅(qū)動電路15、17的控制，否則一直等待該結(jié)果；若判別結(jié)果為一，則驅(qū)動電路15、17以同樣的速度同時驅(qū)動電機(jī)16、18正轉(zhuǎn)，從而使遙控車向前直行；若判別結(jié)果為二，則驅(qū)動電路15、17以同樣的速度同時驅(qū)動電機(jī)16、18反轉(zhuǎn)，從而使遙控車直線后退；若判別結(jié)果為三，則驅(qū)動電路15無驅(qū)動信號，電機(jī)16停止轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電路17驅(qū)動電機(jī)18正轉(zhuǎn)，從而使遙控車向前左轉(zhuǎn)；若判別結(jié)果為四，則驅(qū)動電路15驅(qū)動電機(jī)16正轉(zhuǎn)， 驅(qū)動電路17無驅(qū)動信號，電機(jī)18停止轉(zhuǎn)動，從而使遙控車向前右轉(zhuǎn)；若判別結(jié)果為五，則電機(jī)驅(qū)動電路15、17無驅(qū)動信號，電機(jī)16、18停止轉(zhuǎn)動，原地停止；若判別結(jié)果為六，則電機(jī)驅(qū)動電路15、17驅(qū)動電機(jī)16、18以半速轉(zhuǎn)動，默認(rèn)情況為半速；若判別結(jié)果為七，則電機(jī)驅(qū)動電路15、17驅(qū)動電機(jī)16、18以全速轉(zhuǎn)動；若判別結(jié)果為八，則驅(qū)動電路15無驅(qū)動信號，電機(jī) 16停止轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電路17驅(qū)動電機(jī)18反轉(zhuǎn)，從而使遙控車向后左轉(zhuǎn)；若判別結(jié)果為九，則驅(qū)動電路15驅(qū)動電機(jī)16反轉(zhuǎn)，驅(qū)動電路17無驅(qū)動信號，電機(jī)18停止轉(zhuǎn)動，從而使遙控車向后右轉(zhuǎn)。該遙控裝置通過無線多通道便SEMG采集及處理系統(tǒng)的設(shè)計，使得SEMG采集系統(tǒng)更加便攜易用，用無線的方式傳輸數(shù)據(jù)，還通過優(yōu)化電極的配置和安放，僅用四通道SEMG
5實現(xiàn)了對十種精細(xì)復(fù)雜的中國數(shù)字手勢的識別，正確率高達(dá)90%以上，并且將SEMG的識別結(jié)果應(yīng)用到遙控裝置的實時控制中去，實現(xiàn)了用無線SEMG實時地靈活地控制遙控車。 以上對本實用新型實施例所提供的一種基于無線表面肌電信號的遙控裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型實施例的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種基于無線表面肌電信號的遙控裝置，其特征在于，包括信號發(fā)射端和信號接收端，所述信號發(fā)射端包括信號采集板、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一單片機(jī)和發(fā)射模塊，所述信號采集板信號連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路信號連接第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)信號連接發(fā)射模塊，所述信號采集板連接表面肌電電極，所述信號接收端包括信號接收模塊、 第二單片機(jī)和驅(qū)動電路，所述信號接收模塊信號連接第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)信號連接驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路信號連接電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述基于無線表面肌電信號的遙控裝置，其特征在于，所述信號采集板包括電壓跟隨器、生物儀器放大器和帶通濾波器，所述表面肌電電極信號連接電壓跟隨器，所述電壓跟隨器信號連接生物儀器放大器，所述生物儀器放大器信號連接帶通濾波器， 所述帶通濾波器連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路。
3.如權(quán)利要求2所述基于無線表面肌電信號的遙控裝置，其特征在于，還包括反饋電極，所述反饋電極和所述表面肌電電極共地，并且都連接所述信號發(fā)射端的信號采集板。
4.如權(quán)利要求1所述基于無線表面肌電信號的遙控裝置，其特征在于，所述表面肌電電極為四對表面肌電電極，所述四對表面肌電電極分別設(shè)置在拇長伸肌的表面肌電電極、 設(shè)置在指屈肌的表面肌電電極、設(shè)置在指伸肌的表面肌電電極和小指屈肌的表面肌電電極。
專利摘要本實用新型提供一種基于無線表面肌電信號的遙控裝置，其包括信號發(fā)射端和信號接收端，信號發(fā)射端包括信號采集板信號連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路信號連接第一單片機(jī)，第一單片機(jī)信號連接發(fā)射模塊，信號采集板連接表面肌電電極，信號接收端包括信號接收模塊信號連接第二單片機(jī)，第二單片機(jī)信號連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路信號連接電機(jī)。本實用新型提供的遙控裝置體積小，重量輕，使用電池供電，用無線的方式傳輸數(shù)據(jù)，不僅可以避免工頻干擾取得高信噪比的SEMG，還將人與高電壓危險設(shè)備隔離，電氣安全性好，實現(xiàn)了用無線SEMG實時地靈活地控制遙控車。
文檔編號G05B19/042GK202102276SQ20112007371
公開日2012年1月4日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者王真, 陳勛 申請人:陳勛