抓取模式与力的同步肌电解码及假肢手肌电控制研究

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1、万方数据中图分类号I￡2垒!：兰；Q墨l!：墨UDC621硕士学位论文学校代码!Q5呈3抓取模式与力的同步肌电解码及假肢手肌电控制研究StudyonSimultaneousDecodingofGraspPatternsandForcefromElectromyographySignalsandMyoelectricControlforaProstheticHand作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：朱高科机械工程生机电一体化机电工程学院邓华教授论文答辩日期2望』丝：篁：“答辩委员会主席中南大学二。一

2、四年五月学位论文原创性声明㈣』!

3、f『嬲万方数据本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：盎幽日期：型丝年鱼月L日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校

4、有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：基益刍日期：丝丝年』月卫日导师签名日期：丝竺年立月上日万方数据抓取模式与力的同步肌电解码及假肢手肌电控制研究摘要：肌电控制实现了上肢截肢患者通过大脑指挥假肢手运动的仿生功能。目前绝大多数多自由度肌电假肢只具有抓取模式的肌电控制；而残疾人更期望自主控制假肢手抓取动作的同时，能够主动调节相应抓取力的

5、大小。针对这个现状，进行抓取模式与力的同步肌电解码及肌电控制研究。然而，假肢手使用者若要实施不同的抓取力通常需要残肢端肌肉收缩水平的改变；肌肉收缩水平的变化导致表面肌电信号非平稳性的增强，这样造成了抓取模式识别率的下降。针对上述问题，首先从一般的肌电信号模式识别方法开始研究。以抓取模式区分度及无干扰测试集下识别率为指标，初步选择了肌电信号模式识别的特征及分类器，其中最高的抓取模式识别率为98．06+2．05％。然后，考虑肌肉收缩水平变化的情况，提出一种衡量肌电信号模式识别方法鲁棒性的指标；基于该指标在保证较小训练集的要求下，进一步

6、选择了具有鲁棒性的肌电信号模式识别方法。其次，研究肌电信号力解码问题。分析能够体现抓取力大小的肌电信号特征；在尽量小的训练集前提下，比较“分类法”和“阈值法”两种离散力解码方法。分析结果表明阈值法表现较好而且仅需少量训练样本。结合上述鲁棒性的模式识别方法和阈值判断的力解码方法，提出了抓取模式与力的同步肌电解码方案——以肌电信号倒谱系数、斜率符号变化数组合为特征和以线性判别分析为分类器的模式识别方法；以阈值判断肌电信号绝对值均值等级为基础的离散力解码方法。基于该方案，在小训练集下的一种离线实验结果为：抓取模式解码平均正确率为87．9

7、5-4-5．74％，抓取力解码平均正确率为72．91+9．58％。最后，基于上述抓取模式与力同步肌电解码方案，搭建了假肢手抓取模式与力同步肌电控制实验平台。在线实验结果表明本文提出的抓取模式与力同步肌电解码方案是可行的。在较d,{Jll练集和有干扰测试集下，抓取模式解码方法具有鲁棒性，识别率约为80％；但力解码方法的稳定性不高，有待进一步改进肌电信号力解码方法。关键词：同步肌电解码；模式识别：力解码；肌电控制；假肢手分类号：TP241．3；Q811．8万方数据StudyonSimultaneousDecodingofGraspPa

8、tternsandForcefromElectromyographySignalsandMyoelectricControlforaProstheticHandAbstract：Myoelectriccontrolrealizestheanthropopathyfunctionofoperatingaprosthetichandbyupperlimbamputees’brain．Atpresent，mostofmulti．．degree．．freedommyoelectricprosthesisonlyoffermyoelectr

9、iccontrolofgrasppatterns．Butthedisabledfurtherhopetheycarlregulatethemagnitudeofgraspforcewhileprosthesisimplementamputees’v