本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)機(jī)能監(jiān)測(cè)設(shè)備的信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的前端檢測(cè)單元。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代康復(fù)科學(xué)認(rèn)為，人體受傷后的運(yùn)動(dòng)機(jī)能能夠通過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)和鍛煉得到康復(fù)，例如，借助于健身器。然而，傳統(tǒng)的健身器通常功能簡(jiǎn)單、價(jià)格昂貴，主要用于健康人的體能強(qiáng)化恢復(fù)或健身恢復(fù)。不適合用作中風(fēng)或偏癱患者康復(fù)的機(jī)能訓(xùn)練?，F(xiàn)有技術(shù)中，中風(fēng)或偏癱患者康復(fù)的機(jī)能恢復(fù)通常由專業(yè)理療師完成，其治療費(fèi)用高、療程長(zhǎng)，通常需要使用者到醫(yī)院接受恢復(fù)，從而帶來很多不便。對(duì)健康者而言，通常的健身費(fèi)用很高，且受場(chǎng)地、人員、費(fèi)用等諸多方面的限制。

康復(fù)機(jī)器人技術(shù)在歐美等國(guó)家已經(jīng)得到了科研工作者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的普遍重視，比較典型的是1991年MIT設(shè)計(jì)完成了第一臺(tái)上肢運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)MIT-MANUS，該設(shè)備采用五連桿機(jī)構(gòu)，末端阻抗較小，利用阻抗控制實(shí)現(xiàn)恢復(fù)的安全性、穩(wěn)定性和平順性，它有2個(gè)自由度，幫助中風(fēng)患者的肩、肘運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)上肢運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)是MIME，該設(shè)備由斯坦福大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)，使用工業(yè)機(jī)器人PUMA-560對(duì)患者患肢進(jìn)行操縱，既可以提供平面運(yùn)動(dòng)恢復(fù)，也可以作三維運(yùn)動(dòng)恢復(fù)?；颊咔氨垡?shī)A板夾持，夾板上裝有六軸力傳感器、氣動(dòng)過載斷開傳感器和快速連接/斷開機(jī)構(gòu)。在我國(guó)，清華大學(xué)等高校也在進(jìn)行積極研究。

目前，運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)用途的機(jī)器人逐漸形成了遠(yuǎn)程監(jiān)督和指導(dǎo)的機(jī)制，即，通常以電極激勵(lì)后反饋獲得的肌音信號(hào)和/或肌電信號(hào)為目標(biāo)，發(fā)送到遠(yuǎn)端指導(dǎo)者所在的監(jiān)控端進(jìn)行監(jiān)控和指導(dǎo)。然而，反饋得到的信號(hào)中，難免混雜有人體正常的生理機(jī)能、代謝機(jī)能等產(chǎn)生的噪聲，并且，當(dāng)刺激作用肌肉和誘發(fā)肌電同時(shí)發(fā)生并且刺激電極和記錄電極的位置相近時(shí)，肌電信號(hào)混有激勵(lì)信號(hào)的干擾，會(huì)影響到信號(hào)的采集精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了在運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)過程中從康復(fù)機(jī)器人獲得準(zhǔn)確表示運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)狀態(tài)的信號(hào)，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的前端檢測(cè)單元，所述前端檢測(cè)單元包括：通信單元、運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式選取單元、運(yùn)動(dòng)輔助單元、運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)檢測(cè)單元，以及運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)處理單元；所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)包括服務(wù)器，用于控制所述前端檢測(cè)單元和存儲(chǔ)所述前端檢測(cè)單元采集到的信號(hào)；其中所述通信單元用于在所述前端檢測(cè)單元和所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式選取單元用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的控制信息設(shè)置運(yùn)動(dòng)輔助單元的工作模式，所述運(yùn)動(dòng)輔助單元用于為待恢復(fù)人員提供運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)訓(xùn)練，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)檢測(cè)單元用于在所述運(yùn)動(dòng)輔助單元開始工作后檢測(cè)待恢復(fù)人員的恢復(fù)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)處理單元用于對(duì)所述恢復(fù)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并借助于所述通信單元上傳給所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)檢測(cè)單元包括：用于進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)和鍛煉的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)設(shè)備以及用于在該恢復(fù)和鍛煉過程中檢測(cè)運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)檢測(cè)設(shè)備，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)設(shè)備包括通過激勵(lì)電極向被激勵(lì)部位發(fā)射電極激勵(lì)信號(hào)的電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元以及采集作為該電極激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)的肌電響應(yīng)信號(hào)采集單元，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)檢測(cè)設(shè)備包括：激勵(lì)殘余去除信號(hào)單元、信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元、放大通道開關(guān)陣列、第一濾波單元和第二濾波單元，其中所述激勵(lì)殘余去除信號(hào)單元、所述信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元、所述放大通道開關(guān)陣列、所述第一濾波單元和所述第二濾波單元順次串聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述激勵(lì)殘余去除信號(hào)單元用于消除肌電信號(hào)采集單元內(nèi)的激勵(lì)信號(hào)干擾分量，包括：電極激勵(lì)信號(hào)特征頻譜產(chǎn)生單元、肌電信號(hào)頻譜生成單元、延時(shí)確定單元、延時(shí)單元、求差電路，其中所述電極激勵(lì)信號(hào)特征頻譜產(chǎn)生單元產(chǎn)生在所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)的基礎(chǔ)上被附加有特定激勵(lì)信號(hào)特征的預(yù)定信號(hào)頻譜，該信號(hào)頻譜被輸入到所述延時(shí)確定單元，所述延時(shí)確定單元用于根據(jù)所述預(yù)定信號(hào)頻譜的周期性特征確定其與所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)的頻譜之間的相位差，并根據(jù)該相位差確定所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元向被激勵(lì)部位產(chǎn)生電極激勵(lì)信號(hào)后與所述肌電信號(hào)采集單元采集到響應(yīng)信號(hào)之間的時(shí)間差，所述延時(shí)單元根據(jù)該時(shí)間差對(duì)所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后得到的信號(hào)被與所述肌電信號(hào)采集單元采集到的肌電響應(yīng)信號(hào)共同輸入到所述求差電路，從而將所述電極激勵(lì)信號(hào)在所述肌電響應(yīng)信號(hào)中的殘余從所述肌電響應(yīng)信號(hào)中去除。

進(jìn)一步地，所述預(yù)定信號(hào)頻譜為具有2秒的方波信號(hào)的頻譜。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元包括：模式存儲(chǔ)器、頻譜分析單元和數(shù)據(jù)處理器，所述模式存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有與運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)信號(hào)的多種模式一一對(duì)應(yīng)的電極激勵(lì)信號(hào)的頻譜的第一特征值，所述頻譜分析單元用于將所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)變換為頻譜并確定該頻譜的第二特征值，所述第二特征值與所述第一特征值類型相同，所述數(shù)據(jù)處理器在所述模式存儲(chǔ)器中查找所述第二特征值，并確定與之匹配的第一特征值對(duì)應(yīng)的模式。

進(jìn)一步地，所述第一特征值和所述第二特征值均為譜密度。

進(jìn)一步地，所述放大通道開關(guān)陣列包括多個(gè)可控開關(guān)和與之串聯(lián)的放大器構(gòu)成的開關(guān)陣列以及通道狀態(tài)存儲(chǔ)器，所述開關(guān)陣列內(nèi)的各個(gè)放大器的輸入端與向被激勵(lì)部位發(fā)射電極激勵(lì)信號(hào)的各個(gè)激勵(lì)電極一一對(duì)應(yīng)地串接，所述通道狀態(tài)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)與所述多種模式一一對(duì)應(yīng)的各個(gè)激勵(lì)電極在該各個(gè)模式下的最佳開關(guān)狀態(tài)，所述開關(guān)陣列根據(jù)所述信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元確定的模式從所述通道狀態(tài)存儲(chǔ)器中查找與該模式對(duì)應(yīng)的各個(gè)激勵(lì)電極在該模式下的最佳開關(guān)狀態(tài)，并控制所述開關(guān)陣列內(nèi)的各個(gè)可控開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述最佳開關(guān)狀態(tài)根據(jù)各種運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式之一下，對(duì)斷開和/或閉合各個(gè)可控開關(guān)后獲得的肌電響應(yīng)信號(hào)的信噪比之間的關(guān)系確定。

進(jìn)一步地，所述第一濾波單元為帶通濾波器，其下截止頻率和上截止頻率分別為5Hz和1800Hz。

進(jìn)一步地，所述第二濾波單元包括：6.84kΩ電阻、19.73kΩ電阻、9.75kΩ電阻、14.3kΩ電阻、5.13kΩ電阻、10.94kΩ電阻、1.73kΩ電阻、3.91kΩ電阻、2.8kΩ電阻、5kΩ電阻、2kΩ電阻、第一1kΩ電阻、第一2.5kΩ電阻、第一2.2kΩ電阻、第二2.2kΩ電阻、第二1kΩ電阻、9.31kΩ電阻、2.32kΩ電阻、4.2kΩ電阻、4.8kΩ電阻、第二2.5kΩ電阻、0.27uF電容、0.22uF電容、第一0.31uF電容、0.33uF電容、0.38uF電容、0.82uF電容、6.8uF電容、0.57uF電容、第二0.31uF電容、0.12uF電容、2uF電容、第一0.8uF電容、第二0.8uF電容、第一0.35uF電容、第二0.35uF電容、第三0.31uF電容、0.47uF電容、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器、第四運(yùn)算放大器、第五運(yùn)算放大器、第六運(yùn)算放大器、第七運(yùn)算放大器、第一齊納二極管、第二齊納二極管、第三齊納二極管、第四齊納二極管、第五齊納二極管、第六齊納二極管、第七齊納二極管、第一求差電路，以及第二求差電路，其中，所述6.84kΩ電阻的第一端分別連接輸入信號(hào)端以及2.8kΩ電阻的第一端，所述6.84kΩ電阻的第二端連接所述19.73kΩ電阻的第一端，所述19.73kΩ電阻的第二端分別連接所述第一運(yùn)算放大器的正輸入端和所述0.22uF電容的第一端，所述0.22uF電容的第二端接地，所述19.73kΩ電阻的第一端還連接所述0.27uF電容的第一端，所述0.27uF電容的第二端連接所述第一運(yùn)算放大器的輸出端、2uF電容的第一端、所述9.75kΩ電阻的第一端以及第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述9.75kΩ電阻的第二端與所述14.3kΩ電阻的第一端串聯(lián)，所述14.3kΩ電阻的第二端分別連接所述第二運(yùn)算放大器的正輸入端和所述第一0.31uF電容的第一端，所述第一0.31uF電容的第二端接地，所述14.33kΩ電阻的第一端還連接所述0.33uF電容的第一端，所述0.33uF電容的第二端連接所述第二運(yùn)算放大器的輸出端、2uF電容的第一端、所述5.13kΩ電阻的第一端以及第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述2.8kΩ電阻的第二端分別連接所述第二0.31uF電容的第一端、所述0.12uF電容的第一端和所述4.2kΩ電阻的第一端，所述4.2kΩ電阻的第二端接地，所述0.12uF電容的第二端分別連接所述第三運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和所述4.8kΩ電阻的第一端，所述第二0.31uF電容的第二端分別連接所述4.8kΩ電阻的第二端和所述第三運(yùn)算放大器的輸出端以及第一齊納二極管的正極，所述第一齊納二極管的負(fù)極連接所述第二求差電路的正輸入端，所述第二求差電路的輸出端連接所述第一1kΩ電阻的第二端和所述第二0.8uF電容的第一端，所述第三運(yùn)算放大器的正輸入端連接直流電壓，所述2uF電容的第二端分別連接所述第四運(yùn)算放大器的正輸入端、輸出端、第一1kΩ電阻的第一端以及5kΩ電阻的第一端，所述5kΩ電阻的第二端連接所述第四運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端還連接第二齊納二極管的正極，所述第二齊納二極管的負(fù)極分別連接所述5.13kΩ電阻的第一端和所述2kΩ電阻的第一端，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端還分別連接所述第三齊納二極管的負(fù)極、第一0.8uF電容的第一端以及所述第一2.5kΩ電阻的第一端，所述第三齊納二極管的正極分別連接所述第一齊納二極管的正極、第二0.8uF電容的第一端、第四齊納二極管的正極、第一1kΩ電阻的第二端、第二1kΩ電阻的第一端、第二2.2kΩ電阻的第一端，所述第一2.5kΩ電阻的第二端分別連接所述2kΩ電阻的第二端和所述5.13kΩ電阻的第二端以及第五齊納二極管的負(fù)極和所述第一2.2kΩ電阻的第一端，所述第四齊納二極管的正極、第一0.8uF電容的第二端、第二0.8uF電容的第二端、所述第二1kΩ電阻的第二端、所述第一0.35uF電容的第二端、所述第二0.35uF電容的第二端、第六齊納二極管的負(fù)極均接地，所述第二2.2kΩ電阻的第二端分別連接所述第二0.35uF電容的第一端、第六齊納二極管的正極、第七齊納二極管的正極，所述第一2.2kΩ電阻的第二端分別連接所述第一0.35uF電容的第一端、第七齊納二極管的負(fù)極以及9.31kΩ電阻的第一端，所述5.13kΩ電阻的第二端分別連接第五齊納二極管的負(fù)極、所述10.94kΩ電阻的第一端以及所述0.82uF電容的第一端，所述10.94kΩ電阻的第二端分別連接第五運(yùn)算放大器的正輸入端、0.38uF電容的第一端，所述0.38uF電容的第二端接地，所述0.82uF電容的第二端分別連接所述第五運(yùn)算放大器的輸出端、所述1.73kΩ電阻的第一端、所述第五運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端以及所述第五齊納二極管的正極，所述1.73kΩ電阻的第二端分別連接所述3.91kΩ電阻的第一端以及所述6.8uF電容的第一端，所述3.91kΩ電阻的第二端分別連接第六運(yùn)算放大器的正輸入端和0.57uF電容的第一端，所述0.57uF電容的第二端接地，所述6.8uF電容的第二端分別連接所述第六運(yùn)算放大器的輸出端、所述第一求差電路的負(fù)輸入端以及所述第六運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述9.31kΩ電阻的第二端分別連接所述0.47uF電容的第一端、所述第三0.31uF電容的第一端以及2.32kΩ電阻的第一端，所述2.32kΩ電阻的第二端接地，所述第三0.31uF電容的第二端分別連接所述第七運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端、所述第二2.5kΩ電阻的第一端，所述第二2.5kΩ電阻的第二端分別連接所述0.47uF電容的第二端、第七運(yùn)算放大器的輸出端，所述第七運(yùn)算放大器的正輸入端連接直流電壓，所述第七運(yùn)算放大器的輸出端還連接所述第一求差電路的正輸入端，所述第一求差電路的輸出端連接所述第二求差電路的負(fù)輸入端，所述第一求差電路的輸出端連接輸出信號(hào)端。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明能夠避免出現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)對(duì)肌電信號(hào)的混疊和干擾，極大地提高了現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)情況主要依靠人工判斷的缺陷，克服了現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備對(duì)干擾和混疊的處理無法滿足要求的弊端；

(2)本發(fā)明從頻率域的角度甄別激勵(lì)信號(hào)與肌電信號(hào)之間的頻譜關(guān)系，進(jìn)而得到肌電信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)之間的延時(shí)信息，為提高肌電信號(hào)的純凈度奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，相對(duì)于直接從現(xiàn)有技術(shù)中的時(shí)間域處理方式具有更強(qiáng)的抗噪效果和甄別性能；

(3)通過模式選取和基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的大數(shù)據(jù)量恢復(fù)，本發(fā)明能夠智能化地控制激勵(lì)電極的通道是打開還是閉合，從而盡可能地在相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)過程中去除噪音，提高總體的輸出信號(hào)信噪比；

(4)采用譜密度作為頻譜甄別，有利于節(jié)省運(yùn)算量，降低功耗；

(5)通過帶通濾波器，能夠初步地進(jìn)行肌電信號(hào)篩選，為后續(xù)精細(xì)濾波奠定了基礎(chǔ)；

(6)本發(fā)明提供了一種經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的濾波電路單元，其結(jié)合低階有源濾波器和低階無源濾波器并根據(jù)濾波器結(jié)構(gòu)的新穎設(shè)計(jì)，不僅降低了負(fù)載效應(yīng)而且適用于包括對(duì)心率信號(hào)、運(yùn)動(dòng)信號(hào)、肌電信號(hào)等可能具有較高頻率或較低頻率且頻率變化不規(guī)律的信號(hào)在內(nèi)的寬可變信號(hào)濾波范圍；相比于現(xiàn)有技術(shù)中常見的0-10kHz頻率的寬頻范圍濾波處理能力且無法保證寬適用范圍下的線性度的弊端，經(jīng)測(cè)試，該濾波電路在保證70Hz低頻截止頻率的前提下，具有10-25kHz的寬頻濾波范圍，衰減小于1.9dB，三階截獲點(diǎn)達(dá)到30dBm，具有優(yōu)良的輸出線性度和頻率輸出穩(wěn)定度，相對(duì)于國(guó)外專門制造商的芯片極大地降低了成本，有利于可穿戴設(shè)備在我國(guó)的長(zhǎng)足發(fā)展和推廣普及。

(7)本發(fā)明將智能化通道控制和精心設(shè)計(jì)的濾波單元組成的濾波電路相結(jié)合，適合于多種康復(fù)模式的不同精度要求，在恢復(fù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，更具有良好的可擴(kuò)充性。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的前端檢測(cè)單元的組成框圖。

圖2示出了第二濾波單元的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的前端檢測(cè)單元，所述前端檢測(cè)單元包括：通信單元、運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式選取單元、運(yùn)動(dòng)輔助單元、運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)檢測(cè)單元，以及運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)處理單元；所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)包括服務(wù)器，用于控制所述前端檢測(cè)單元和存儲(chǔ)所述前端檢測(cè)單元采集到的信號(hào)；其中所述通信單元用于在所述前端檢測(cè)單元和所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式選取單元用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的控制信息設(shè)置運(yùn)動(dòng)輔助單元的工作模式，所述運(yùn)動(dòng)輔助單元用于為待恢復(fù)人員提供運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)訓(xùn)練，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)檢測(cè)單元用于在所述運(yùn)動(dòng)輔助單元開始工作后檢測(cè)待恢復(fù)人員的恢復(fù)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)處理單元用于對(duì)所述恢復(fù)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并借助于所述通信單元上傳給所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)。

所述通信單元采用4G通信模塊，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式選取單元包括存儲(chǔ)有所述運(yùn)動(dòng)輔助單元的多種工作模式的數(shù)據(jù)(例如，驅(qū)動(dòng)指令數(shù)據(jù))的存儲(chǔ)器，所述運(yùn)動(dòng)輔助單元選用跑步訓(xùn)練設(shè)備(例如跑步機(jī))、臺(tái)階攀爬訓(xùn)練設(shè)備等對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)起到訓(xùn)練和恢復(fù)作用的設(shè)備，所述運(yùn)動(dòng)輔助單元能夠在所述工作模式的驅(qū)動(dòng)下輔助待恢復(fù)任意完成多種方式的訓(xùn)練(例如，對(duì)于跑步訓(xùn)練設(shè)備，可以在包括速度、傾斜坡度等參數(shù)的驅(qū)動(dòng)指令數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下改變工作模式，供待恢復(fù)人員在不同速度、傾斜坡度等參數(shù)條件下完成多種不同方式的訓(xùn)練和恢復(fù))，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)處理單元包括AD轉(zhuǎn)換器，其對(duì)所述恢復(fù)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出給所述通信單元，并借助于所述通信單元上傳給所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)系統(tǒng)的服務(wù)器，供該服務(wù)器借助于現(xiàn)有技術(shù)中的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等算法的機(jī)能恢復(fù)和訓(xùn)練數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并存儲(chǔ)表示所述恢復(fù)信號(hào)表示的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能信號(hào)檢測(cè)單元包括：用于進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)和鍛煉的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)設(shè)備以及用于在該恢復(fù)和鍛煉過程中檢測(cè)運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)檢測(cè)設(shè)備，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)設(shè)備包括通過激勵(lì)電極向被激勵(lì)部位發(fā)射電極激勵(lì)信號(hào)的電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元以及采集作為該電極激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)的肌電響應(yīng)信號(hào)采集單元，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)檢測(cè)設(shè)備包括：激勵(lì)殘余去除信號(hào)單元、信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元、放大通道開關(guān)陣列、第一濾波單元和第二濾波單元，其中所述激勵(lì)殘余去除信號(hào)單元、所述信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元、所述放大通道開關(guān)陣列、所述第一濾波單元和所述第二濾波單元順次串聯(lián)。

優(yōu)選地，所述激勵(lì)殘余去除信號(hào)單元用于消除肌電信號(hào)采集單元內(nèi)的激勵(lì)信號(hào)干擾分量，包括：電極激勵(lì)信號(hào)特征頻譜產(chǎn)生單元、肌電信號(hào)頻譜生成單元、延時(shí)確定單元、延時(shí)單元、求差電路，其中所述電極激勵(lì)信號(hào)特征頻譜產(chǎn)生單元產(chǎn)生在所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)的基礎(chǔ)上被附加有特定激勵(lì)信號(hào)特征的預(yù)定信號(hào)頻譜，該信號(hào)頻譜被輸入到所述延時(shí)確定單元，所述延時(shí)確定單元用于根據(jù)所述預(yù)定信號(hào)頻譜(該預(yù)定信號(hào)為方波時(shí)，其頻譜具有周期性)的周期性特征確定其與所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)的頻譜之間的相位差，并根據(jù)該相位差確定所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元向被激勵(lì)部位產(chǎn)生電極激勵(lì)信號(hào)后與所述肌電信號(hào)采集單元采集到響應(yīng)信號(hào)之間的時(shí)間差(因肌電信號(hào)采集單元采集到的響應(yīng)信號(hào)中混雜有在幅度上被衰減但頻譜特征不會(huì)改變的電極激勵(lì)信號(hào))，所述延時(shí)單元根據(jù)該時(shí)間差對(duì)所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后得到的信號(hào)被與所述肌電信號(hào)采集單元采集到的肌電響應(yīng)信號(hào)共同輸入到所述求差電路，從而將所述電極激勵(lì)信號(hào)在所述肌電響應(yīng)信號(hào)中的殘余從所述肌電響應(yīng)信號(hào)中去除。

優(yōu)選地，所述預(yù)定信號(hào)頻譜為具有2秒的方波信號(hào)的頻譜。

優(yōu)選地，所述信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元包括：模式存儲(chǔ)器、頻譜分析單元和數(shù)據(jù)處理器，所述模式存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有與運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)信號(hào)的多種模式一一對(duì)應(yīng)的電極激勵(lì)信號(hào)的頻譜的第一特征值，所述頻譜分析單元用于將所述電極激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電極激勵(lì)信號(hào)變換為頻譜并確定該頻譜的第二特征值，所述第二特征值與所述第一特征值類型相同，所述數(shù)據(jù)處理器在所述模式存儲(chǔ)器中查找所述第二特征值，并確定與之匹配的第一特征值對(duì)應(yīng)的模式。

優(yōu)選地，所述第一特征值和所述第二特征值均為譜密度。

優(yōu)選地，所述放大通道開關(guān)陣列包括多個(gè)可控開關(guān)和與之串聯(lián)的放大器構(gòu)成的開關(guān)陣列以及通道狀態(tài)存儲(chǔ)器，所述開關(guān)陣列內(nèi)的各個(gè)放大器的輸入端與向被激勵(lì)部位發(fā)射電極激勵(lì)信號(hào)的各個(gè)激勵(lì)電極一一對(duì)應(yīng)地串接，所述通道狀態(tài)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)與所述多種模式一一對(duì)應(yīng)的各個(gè)激勵(lì)電極在該各個(gè)模式下的最佳開關(guān)狀態(tài)，所述開關(guān)陣列根據(jù)所述信號(hào)檢測(cè)模式匹配單元確定的模式從所述通道狀態(tài)存儲(chǔ)器中查找與該模式對(duì)應(yīng)的各個(gè)激勵(lì)電極在該模式下的最佳開關(guān)狀態(tài)，并控制所述開關(guān)陣列內(nèi)的各個(gè)可控開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述最佳開關(guān)狀態(tài)根據(jù)各種運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)模式之一下，對(duì)斷開和/或閉合各個(gè)可控開關(guān)后獲得的肌電響應(yīng)信號(hào)的信噪比之間的關(guān)系確定。

優(yōu)選地，所述第一濾波單元為帶通濾波器，其下截止頻率和上截止頻率分別為5Hz和1800Hz。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述第二濾波單元包括：6.84kΩ電阻、19.73kΩ電阻、9.75kΩ電阻、14.3kΩ電阻、5.13kΩ電阻、10.94kΩ電阻、1.73kΩ電阻、3.91kΩ電阻、2.8kΩ電阻、5kΩ電阻、2kΩ電阻、第一1kΩ電阻、第一2.5kΩ電阻、第一2.2kΩ電阻、第二2.2kΩ電阻、第二1kΩ電阻、9.31kΩ電阻、2.32kΩ電阻、4.2kΩ電阻、4.8kΩ電阻、第二2.5kΩ電阻、0.27uF電容、0.22uF電容、第一0.31uF電容、0.33uF電容、0.38uF電容、0.82uF電容、6.8uF電容、0.57uF電容、第二0.31uF電容、0.12uF電容、2uF電容、第一0.8uF電容、第二0.8uF電容、第一0.35uF電容、第二0.35uF電容、第三0.31uF電容、0.47uF電容、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器、第四運(yùn)算放大器、第五運(yùn)算放大器、第六運(yùn)算放大器、第七運(yùn)算放大器、第一齊納二極管、第二齊納二極管、第三齊納二極管、第四齊納二極管、第五齊納二極管、第六齊納二極管、第七齊納二極管、第一求差電路，以及第二求差電路，其中，所述6.84kΩ電阻的第一端分別連接輸入信號(hào)端以及2.8kΩ電阻的第一端，所述6.84kΩ電阻的第二端連接所述19.73kΩ電阻的第一端，所述19.73kΩ電阻的第二端分別連接所述第一運(yùn)算放大器的正輸入端和所述0.22uF電容的第一端，所述0.22uF電容的第二端接地，所述19.73kΩ電阻的第一端還連接所述0.27uF電容的第一端，所述0.27uF電容的第二端連接所述第一運(yùn)算放大器的輸出端、2uF電容的第一端、所述9.75kΩ電阻的第一端以及第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述9.75kΩ電阻的第二端與所述14.3kΩ電阻的第一端串聯(lián)，所述14.3kΩ電阻的第二端分別連接所述第二運(yùn)算放大器的正輸入端和所述第一0.31uF電容的第一端，所述第一0.31uF電容的第二端接地，所述14.33kΩ電阻的第一端還連接所述0.33uF電容的第一端，所述0.33uF電容的第二端連接所述第二運(yùn)算放大器的輸出端、2uF電容的第一端、所述5.13kΩ電阻的第一端以及第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述2.8kΩ電阻的第二端分別連接所述第二0.31uF電容的第一端、所述0.12uF電容的第一端和所述4.2kΩ電阻的第一端，所述4.2kΩ電阻的第二端接地，所述0.12uF電容的第二端分別連接所述第三運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和所述4.8kΩ電阻的第一端，所述第二0.31uF電容的第二端分別連接所述4.8kΩ電阻的第二端和所述第三運(yùn)算放大器的輸出端以及第一齊納二極管的正極，所述第一齊納二極管的負(fù)極連接所述第二求差電路的正輸入端，所述第二求差電路的輸出端連接所述第一1kΩ電阻的第二端和所述第二0.8uF電容的第一端，所述第三運(yùn)算放大器的正輸入端連接直流電壓，所述2uF電容的第二端分別連接所述第四運(yùn)算放大器的正輸入端、輸出端、第一1kΩ電阻的第一端以及5kΩ電阻的第一端，所述5kΩ電阻的第二端連接所述第四運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端還連接第二齊納二極管的正極，所述第二齊納二極管的負(fù)極分別連接所述5.13kΩ電阻的第一端和所述2kΩ電阻的第一端，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端還分別連接所述第三齊納二極管的負(fù)極、第一0.8uF電容的第一端以及所述第一2.5kΩ電阻的第一端，所述第三齊納二極管的正極分別連接所述第一齊納二極管的正極、第二0.8uF電容的第一端、第四齊納二極管的正極、第一1kΩ電阻的第二端、第二1kΩ電阻的第一端、第二2.2kΩ電阻的第一端，所述第一2.5kΩ電阻的第二端分別連接所述2kΩ電阻的第二端和所述5.13kΩ電阻的第二端以及第五齊納二極管的負(fù)極和所述第一2.2kΩ電阻的第一端，所述第四齊納二極管的正極、第一0.8uF電容的第二端、第二0.8uF電容的第二端、所述第二1kΩ電阻的第二端、所述第一0.35uF電容的第二端、所述第二0.35uF電容的第二端、第六齊納二極管的負(fù)極均接地，所述第二2.2kΩ電阻的第二端分別連接所述第二0.35uF電容的第一端、第六齊納二極管的正極、第七齊納二極管的正極，所述第一2.2kΩ電阻的第二端分別連接所述第一0.35uF電容的第一端、第七齊納二極管的負(fù)極以及9.31kΩ電阻的第一端，所述5.13kΩ電阻的第二端分別連接第五齊納二極管的負(fù)極、所述10.94kΩ電阻的第一端以及所述0.82uF電容的第一端，所述10.94kΩ電阻的第二端分別連接第五運(yùn)算放大器的正輸入端、0.38uF電容的第一端，所述0.38uF電容的第二端接地，所述0.82uF電容的第二端分別連接所述第五運(yùn)算放大器的輸出端、所述1.73kΩ電阻的第一端、所述第五運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端以及所述第五齊納二極管的正極，所述1.73kΩ電阻的第二端分別連接所述3.91kΩ電阻的第一端以及所述6.8uF電容的第一端，所述3.91kΩ電阻的第二端分別連接第六運(yùn)算放大器的正輸入端和0.57uF電容的第一端，所述0.57uF電容的第二端接地，所述6.8uF電容的第二端分別連接所述第六運(yùn)算放大器的輸出端、所述第一求差電路的負(fù)輸入端以及所述第六運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，所述9.31kΩ電阻的第二端分別連接所述0.47uF電容的第一端、所述第三0.31uF電容的第一端以及2.32kΩ電阻的第一端，所述2.32kΩ電阻的第二端接地，所述第三0.31uF電容的第二端分別連接所述第七運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端、所述第二2.5kΩ電阻的第一端，所述第二2.5kΩ電阻的第二端分別連接所述0.47uF電容的第二端、第七運(yùn)算放大器的輸出端，所述第七運(yùn)算放大器的正輸入端連接直流電壓，所述第七運(yùn)算放大器的輸出端還連接所述第一求差電路的正輸入端，所述第一求差電路的輸出端連接所述第二求差電路的負(fù)輸入端，所述第一求差電路的輸出端連接輸出信號(hào)端。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，直流電壓為Vdd/2且Vdd＝5V。所述各個(gè)求差電路可以選用減法器。

以上對(duì)于本發(fā)明的較佳實(shí)施例所作的敘述是為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明精確地為所揭露的形式，基于以上的教導(dǎo)或從本發(fā)明的實(shí)施例學(xué)習(xí)而作修改或變化是可能的，實(shí)施例是為解說本發(fā)明的原理以及讓所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員以各種實(shí)施例利用本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術(shù)思想企圖由權(quán)利要求及其均等來決定。