下肢表面肌电信号采集与处理系统设计与实现

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要当人体运动时，肌肉上方的皮肤表面将会产生出一种微弱的生物电信号，即表面肌电信号(surfaceelectromyography,sEMG)，这种生物电信号可以真实地反映出人体的运动状况，而且提取该信号的方法简便，具有无痛、无创等优点。研究人员通过运用科学的方法，能够从表面肌电信号中提取出反映肌肉疲劳程度、肢体运动意图等有用信息，所以生物电信号在肢体康复训练、智能假体、医学诊断等研究领域具有很高的研究价值。由于人体是一种优良的导体，其中充满着各种电磁干扰噪声，人体表面的肌电信号的幅值通常在mV级以下，而干扰噪声的幅值通常在mV级以上，所以从人体皮肤表面提取的肌电信号常

2、常淹没在干扰噪声之中。为了提取有效的生物信息，在进行信号特征提取之前，需要放大有用信号，滤除干扰噪声。本文针对目前表面肌电信号研究中所存在的相关问题，提出了一种易于实现的下肢表面肌电信号采集与处理系统方案，并结合下肢康复训练机器人，对系统的实时性和稳定性进行实验测试。本文的研究内容主要包括以下四个方面：(1)在了解表面肌电信号国内外研究状况的基础上，描述了肌电信号的特征、产生机理，表面肌电信号的特征，以及人体下肢关节运动与下肢肌肉之间的关系。(2)设计了表面肌电信号采集仪的硬件电路。系统地阐述了电路的整体结构设计，分模块叙述了电路的设计与组成，并对电路的原理、所采用的设计方法及所使用的元器件进

3、行了详尽的介绍。(3)设计并实现了表面肌电信号处理软件系统。叙述了软件的整体设计结构、开发环境，提出并实现了一种简单、高效的信号特征提取方案，利用已有的支持向量机开发包实现了运动意图的分类识别。(4)给出了系统的测试环境及实验测试结果。叙述了下肢康复训练机器人的构造结构、工作机制，利用TCP协议实现了表面肌电信号处理系统与机器人控制系统之间的无差错通信。作为湖北省国际合作重点项目“多自由度下肢骨骼复位手术与康复训练机器人研究”的一部分，本文实现了对人体下肢表面肌电信号的采集、处理，并将本文的研究成果与下肢康复训练机器人研究成果相结合，初步实现了利用下武汉理工大学硕士学位论文肢运动动作控制机器人

4、运动的目标。关键词：肌肉，表面肌电信号，特征提取，支持向量机，康复训练n武汉理工大学硕士学位论文AbstractWhenthehumanbodyisdoingexercise，theskinsurfaceabovethemuscleswillproduceaweakbiologicalsignal，whichiscalledsurfaceelectromyography．ThebiologicalsignalsCanbeatruereflectionofthebodyofthemovement，andthewaytoextractthesignalissimple，painless，andno

5、ninvasive．Usingthescientificmethods，researchersextractedtheusefulinformationfromthesurfaceelectromyography,whichreflectsthemuscle’Sdegreeoffatigueandlimb’Smovementintentions．Thusthebiologicalsignalscanbeusedinthelimbrehabilitationtraining，intelligentprosthesisandmedicaldiagnosticsandhavehighresearch

6、valueinresearcharea8．Thebodyisanexcellentconductorandfilledwithavarietyofelectro-magneticinterferencenoise，theEMGamplitudeofthebody’Ssurfaceisusuallybelowamillvolt,andtheamplitudeoftheinterferencenoiseiSusuallymorethanamillvolt’SOtheEMGextractionfromthesurfaceofhumanskinisoftenlostamongtheinterferen

7、cesignals．Inordertoextractbiologicalinformation，theusefulsignalsneedt0beenlargedandunwantednoiseneedtobefilteredoutfirstly．FortheexistingproblemsinthestudyofthesEMG,thispaperproposedasystemacquiringan