專利名稱：一種基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(hào)的遙控裝置，利用人體的生理電信號(hào)實(shí)現(xiàn)與外圍世界的信息交互。
背景技術(shù)：
肌電信號(hào)(Electromyography，EMG)是伴隨著肌肉活動(dòng)而產(chǎn)生的一種重要的生物電信號(hào)，其中蘊(yùn)涵了肌肉狀態(tài)和肌肉活動(dòng)的各種信息，根據(jù)測(cè)量中所用的電極和安放位置的不同，檢測(cè)到的肌電信號(hào)可被分為兩類針電極肌電信號(hào)(Needle EMG, NEMG)和表面電極肌電信號(hào)(Surface EMG，SEMG)，前者使用針形電極，將其插入到要測(cè)量的肌肉內(nèi)部，直接在活動(dòng)肌纖維附近檢測(cè)電位信息，而后者則是使用表面電極，將其安放在被測(cè)肌肉皮膚表面，測(cè)量肌肉活動(dòng)在測(cè)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(dòng)，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(shí)會(huì)對(duì)肌肉和脂肪組織造成損傷，不宜反復(fù)多次或者過長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，也不宜同時(shí)測(cè)量多通道信號(hào)，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(duì)針電極具有較大的檢測(cè)表面， 通?？臻g分辨率較低，記錄的信號(hào)為一定范圍內(nèi)肌纖維活動(dòng)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(shì)是測(cè)量的無損傷性，所以，根據(jù)實(shí)際需要，可以隨時(shí)在皮膚表面任意位置采集多通道的SEMG，而且采集信號(hào)的持續(xù)時(shí)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(yùn)動(dòng)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(duì)相應(yīng)肌群上采集到的SEMG信號(hào)的分析對(duì)不同人體動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，用識(shí)別結(jié)果來控制外圍設(shè)備?，F(xiàn)有技術(shù)中，在硬件實(shí)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(duì)人體造成束縛，不便在日常生活中使用。另外， 在基于SEMG的實(shí)時(shí)手勢(shì)動(dòng)作識(shí)別的研究方面，現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)識(shí)別率較高的系統(tǒng)都是選取常見手勢(shì)動(dòng)作中區(qū)分度比較明顯的六到八類粗大動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，而且基本上都使用了六到八個(gè)通道進(jìn)行SEMG信號(hào)采集。識(shí)別率不高，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(hào)的遙控裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案一種基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置，其包括信號(hào)發(fā)射端和信號(hào)接收端，所述信號(hào)發(fā)射端包括信號(hào)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(hào)采集板信號(hào)連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路信號(hào)連接第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)信號(hào)連接發(fā)射模塊，所述信號(hào)采集板連接表面肌電電極，所述信號(hào)接收端包括信號(hào)接收模塊、第二單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路，所述信號(hào)接收模塊信號(hào)連接第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)連接電機(jī)。優(yōu)選地，所述信號(hào)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(hào)連接電壓跟隨器，所述電壓跟隨器信號(hào)連接生物儀器放大器，所述生物儀器放大器信號(hào)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(hào)發(fā)射端的信號(hào)采集板。通過實(shí)施以上技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果本實(shí)用新型提供的基于無線表面肌電信號(hào)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(jì)，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(xiǎn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)十種精細(xì)復(fù)雜的中國數(shù)字手勢(shì)的識(shí)別，正確率高達(dá)90%以上，并且將SEMG的識(shí)別結(jié)果應(yīng)用到遙控裝置的實(shí)時(shí)控制中去，實(shí)現(xiàn)了用無線SEMG 實(shí)時(shí)地靈活地控制遙控車。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的信號(hào)采集板的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型提供的實(shí)施例。本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置，如圖1和圖2所示，包括信號(hào)發(fā)射端3和信號(hào)接收端4，所述信號(hào)發(fā)射端3包括信號(hào)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(hào)采集板9信號(hào)連接A/D轉(zhuǎn)換電路10，所述A/ D轉(zhuǎn)換電路10信號(hào)連接第一單片機(jī)11，所述第一單片機(jī)11信號(hào)連接發(fā)射模塊12，所述信號(hào)接收端包括信號(hào)接收模塊13、第二單片機(jī)14和驅(qū)動(dòng)電路15、17，所述信號(hào)接收模塊13 信號(hào)連接第二單片機(jī)14，所述第二單片機(jī)14信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)電路15、17，所述驅(qū)動(dòng)電路15、 17分別信號(hào)連接電機(jī)16、18。在具體的實(shí)施例中，所述信號(hào)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(hào)連接電壓跟隨器19， 所述電壓跟隨器19信號(hào)連接生物儀器放大器20，所述生物儀器放大器20信號(hào)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(zhǎng)伸肌、指屈肌、指伸肌和小指屈肌所對(duì)應(yīng)的皮膚表面處，該遙控裝置還包括一個(gè)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(gè)正電極和一個(gè)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(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)到反饋電極，可以有效的抑制人體的共模信號(hào)并使人體與電路共地。通過無線的方式，信號(hào)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(dòng)電路15、17組成的電信號(hào)接收端4，經(jīng)過第二單片機(jī)14對(duì)動(dòng)作段檢測(cè)、特征提取和識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn)，將四通道SEMG信號(hào)的分類結(jié)果用作對(duì)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(gè)輪子7、8都為萬向輪，車后部的兩個(gè)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(duì)表面肌電電極，所述四對(duì)表面肌電電極分別設(shè)置在拇長(zhǎng)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(dòng)段檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)瞬時(shí)能量高于設(shè)定閾值，則認(rèn)為活動(dòng)段開始，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)瞬時(shí)能量低于閾值，則認(rèn)為活動(dòng)段結(jié)束，活動(dòng)段長(zhǎng)度需大于100ms，否則視為噪聲，瞬時(shí)能量計(jì)算采用平均移動(dòng)窗法；其次是特征提取，通過計(jì)算各通道活動(dòng)段的信號(hào)幅度絕對(duì)值均值(Mean Absolute Value,MAV)禾口絕對(duì)值均值比(Mean Absolute Value Ratio, MAVR)組成了一個(gè)1X8的特征向量；最后就是通過各種常用的分類方法對(duì)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(dòng)作。該基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置僅利用四通道前臂表面肌電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)中國傳統(tǒng)一到十?dāng)?shù)字手勢(shì)的實(shí)時(shí)識(shí)別，這十種手勢(shì)都是有手指參與的精細(xì)動(dòng)作，識(shí)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(duì)接收的四通道SEMG的分析，若判別結(jié)果為十，則開啟對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路15、17以同樣的速度同時(shí)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路15、17以同樣的速度同時(shí)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路15無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)16停止轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路17驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路15驅(qū)動(dòng)電機(jī)16正轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)電路17無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)18停止轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)電路15、17無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)16、18停止轉(zhuǎn)動(dòng)，原地停止；若判別結(jié)果為六，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15、17驅(qū)動(dòng)電機(jī)16、18以半速轉(zhuǎn)動(dòng)，默認(rèn)情況為半速；若判別結(jié)果為七，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15、17驅(qū)動(dòng)電機(jī)16、18以全速轉(zhuǎn)動(dòng)；若判別結(jié)果為八，則驅(qū)動(dòng)電路15無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī) 16停止轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路17驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路15驅(qū)動(dòng)電機(jī)16反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電路17無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)18停止轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)，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(shí)現(xiàn)了對(duì)十種精細(xì)復(fù)雜的中國數(shù)字手勢(shì)的識(shí)別，正確率高達(dá)90%以上，并且將SEMG的識(shí)別結(jié)果應(yīng)用到遙控裝置的實(shí)時(shí)控制中去，實(shí)現(xiàn)了用無線SEMG實(shí)時(shí)地靈活地控制遙控車。 以上對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置，其特征在于，包括信號(hào)發(fā)射端和信號(hào)接收端，所述信號(hào)發(fā)射端包括信號(hào)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(hào)采集板信號(hào)連接A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路信號(hào)連接第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)信號(hào)連接發(fā)射模塊，所述信號(hào)采集板連接表面肌電電極，所述信號(hào)接收端包括信號(hào)接收模塊、 第二單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路，所述信號(hào)接收模塊信號(hào)連接第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)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(hào)的遙控裝置，其特征在于，所述信號(hào)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(hào)連接電壓跟隨器，所述電壓跟隨器信號(hào)連接生物儀器放大器，所述生物儀器放大器信號(hào)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(hào)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(hào)發(fā)射端的信號(hào)采集板。
4.如權(quán)利要求1所述基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置，其特征在于，所述表面肌電電極為四對(duì)表面肌電電極，所述四對(duì)表面肌電電極分別設(shè)置在拇長(zhǎng)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(shí)用新型提供一種基于無線表面肌電信號(hào)的遙控裝置，其包括信號(hào)發(fā)射端和信號(hào)接收端，信號(hào)發(fā)射端包括信號(hào)采集板信號(hào)連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路信號(hào)連接第一單片機(jī)，第一單片機(jī)信號(hào)連接發(fā)射模塊，信號(hào)采集板連接表面肌電電極，信號(hào)接收端包括信號(hào)接收模塊信號(hào)連接第二單片機(jī)，第二單片機(jī)信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)連接電機(jī)。本實(shí)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(xiǎn)設(shè)備隔離，電氣安全性好，實(shí)現(xiàn)了用無線SEMG實(shí)時(shí)地靈活地控制遙控車。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202102276SQ20112007371
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:陳勛