本文關鍵詞：一種用于假肢手的可穿戴肌電信號檢測裝置設計，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、工作和學習都帶來了極大的不便。特別是在我國這樣一個總?cè)丝谂攀澜珙^名的國家,上肢殘障人士的絕對數(shù)量十分巨大。隨著科學技術的發(fā)展,利用最新的科技成果幫助殘障人士恢復或部分恢復正常人群的生活品質(zhì)一直以來都是每一位從事生物醫(yī)學領域研究的科研人員義不容辭的社會責任。本論文立足于實驗室自行研究的表面肌電識別算法,面向肌電假肢手,獨立開發(fā)了一套可穿戴的表面肌電采集裝置。主要進行了如下工作:對表面肌電信號的產(chǎn)生機理從生理學和解剖學的角度進行了分析。以及對使用多通道生理信號記錄儀采集到的較為標準的表面肌電信號進行了幅值、頻率特征分析,為肌電檢測電路設計確定了主要技術指標。從無源電極傳感器入手,設計實驗檢測干濕兩種電極,分別檢測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。設計實驗檢測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)定耦合需要時間較長,電阻值較大,兩者均表現(xiàn)為容性耦合。圍繞有源肌電檢測電極電路,設計了一種含有工頻陷波器的有源電極電路,該電路實現(xiàn)了對表面肌電信號的放大、信號調(diào)理功能。測試了該電路的幅頻特性、共模抑制比和輸入電阻特性并實際采集表面肌電信號。設計與對照組表面肌電信號的對比實驗,選取時域和頻域特征值,對電路方案做出功能性評估,認為這一電路方案能夠較為有效地檢測到表面肌電信號,時域特征值指標與對照組信號的變化趨勢較為接近,但也發(fā)現(xiàn)該電路方案存在抗基線偏移性能差的缺點。針對缺點設計了一種基于減法器的基線消除電路,用于抑制基線漂移。測量了其幅頻特性、共模抑制比和輸入電阻特性。設計功能性實驗證明了在實際表面肌電采集過程中,這種電路方案能夠較長時間穩(wěn)定的采集不同力量水平下的表面肌電信號,可以用于為肌電假肢手提供控制源信號。最后,實現(xiàn)了穿戴式肌電信號采集裝置的相關硬件電路設計,實現(xiàn)了處理器正常運行、處理模擬信號、與下位機通信的功能。再次,依照電極規(guī)則和可穿戴設備的相關要求,對整套裝置進行了外殼結(jié)構(gòu)設計,并使用3D打印技術將設計制造出來。對整機的外形尺寸和重量實施了測量,對實際穿戴效果進行了演示。最后,本文對全部工作進行了總結(jié),對在開發(fā)過程中所得到的有益經(jīng)驗和存在的問題如實的進行了說明并對今后可以開展的工作方向進行了展望。
【關鍵詞】：表面肌電信號 肌電假肢手 抑制基線漂移 可穿戴設備
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 肌電控制信號的研究進展11-15
• 1.2.1 假肢控制信號的發(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 表面肌電信號分析研究18-40
• 2.1 肌電信號的形成機理18-21
• 2.2 肌電信號的采集方式21-22
• 2.3 人體前臂肌肉的解剖結(jié)構(gòu)22-23
• 2.4 表面肌電信號源分析23-30
• 2.4.1 原始信號分析23-26
• 2.4.2 電極-皮膚耦合分析與測試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 有源電極電路設計40-58
• 3.1 方案流程40-41
• 3.2 有源電極硬件設計41-47
• 3.2.1 芯片選型41
• 3.2.2 電源設計41-42
• 3.2.3 前置放大42-44
• 3.2.4 信號調(diào)理44-47
• 3.3 電平變換和鉗位電路47-48
• 3.4 電路性能測試48-51
• 3.4.1 幅頻特性測試48-49
• 3.4.2 共模抑制比測試49-50
• 3.4.3 輸入電阻測試50-51
• 3.5 表面肌電信號實驗測試51-57
• 3.5.1 實驗方案設計51-52
• 3.5.2 實驗過程52-54
• 3.5.3 實驗結(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檢測改進電路設計58-72
• 4.1 分析問題與提出假設58-63
• 4.2 有源電極硬件設計63-66
• 4.2.1 芯片選型63
• 4.2.2 電源設計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 電氣特性測試66-68
• 4.3.1 幅頻特性測試66-67
• 4.3.2 共模抑制比測試67-68
• 4.3.3 輸入電阻測試68
• 4.4 肌電信號檢測實驗測試68-70
• 4.4.1 實驗方案設計68
• 4.4.2 實驗過程68
• 4.4.3 實驗結(jié)果分析68-70
• 4.5 肌電信號檢測時效性實驗測試70-71
• 4.6 本章小結(jié)71-72
• 5 穿戴式肌電檢測裝置的結(jié)構(gòu)設計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)設計73-78
• 5.3 控制盒結(jié)構(gòu)需求78
• 5.4 控制盒結(jié)構(gòu)設計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)實現(xiàn)與測試83-87
• 5.5.1 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)83-85
• 5.5.2 結(jié)構(gòu)測試85-87
• 5.5.3 穿戴展示87
• 5.6 控制電路的功能和結(jié)構(gòu)設計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98-102
• 附錄102
• A. 作者在攻讀碩士學位期間參與的科研項目102
• B. 作者在攻讀碩士學位期間取得科研成果102

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