基于肌电的人机交互控制策略及其应用与挑战

基于表面肌电信号的控制策略是人机交互技术的一种重要基础,在人类对外围设备的控制方面具有重要的意义。肌电控制策略通过人体的表面肌电信号识别出人体的运动意图,进而转化为控制指令实现对外围设备的精确、稳定控制,改变了使用传统输入设备在便携性、操作空间以及特殊人群等方面的局限性。论述了基于肌电控制策略的发展历程,并比较了表面肌电信号相较于脑电信号作为控制系统输入信号的差异;阐述了基于表面肌电信号的控制策略在康复及辅助领域的应用情况,并指出了相关应用的未来改进和突破方向;分析和探讨了制约基于模式识别技术的肌电控制策略发展中涉及的表面肌电信号采集与提高肌电控制系统的控制效果和鲁棒性的相关技术问题,并给肌电控制系统的后续研究提出了一些可行的切入点。     

数字信号处理在生物力学研究中的应用

运动中枢脑电信号与表面肌电信号是同一生物力学行为在不同阶段、不同部位的表现形式.在生物力学行为过程中,运动中枢脑电信号与表面肌电信号均会产生相应的变化.以脑电图与表面肌电图为基础的数字处理方法,在生物力学研究中将发挥重要作用.     

阵列式表面肌电信号采集仪

采用阵列式电极,通过空间滤波方法可提高表面肌电信号的MUAP分辨能力。本文实现的阵列式表面肌电信号采集仪由表面肌电电极阵列、信号调理电路和数据采集部分构成。表面肌电电极阵列实现了镀金圆盘式和弹簧探针式两种类型,信号调理电路对电极上的肌电信号进行放大和滤波,数据采集部分将调理后的信号转换成数据并进行显示和存储。电极阵列和前级信号调理电路集成在一起,有效的降低了微弱信号通过导线传输所引入的干扰。通过实验,验证了这种阵列式表面肌电采集仪在研究肌肉中动作电位传播和利用空间滤波提高MUAP分辨力的可行性,并证实了镀金圆盘式电极在降低噪声方面、弹簧探针式电极在缩短MUAP时长方面的优势。     

柔性同心圆差分阵列表面肌电电极研制

设计了一种阵列式表面肌电信号采集系统.整个采集系统包括表面肌电电极阵列和信号调理电路两部分.电极阵列基于柔性印刷板工艺,电极载体材料(聚酰亚胺,130 μm)具有较高的机械柔性,适用于各种弯曲的皮肤表面.肌电电极采用同心圆差分的空间滤波结构,可有效提高表面肌电信号的MUAP区分度.信号调理电路对电极采到的肌电信号进行放大和滤波.实验表明,所设计的电极装置可以采集到MUAP分辨力较高的表面肌电信号,并适用于脸部肌肉等弯曲度比较大的部位.     

基于AD8232的表面肌电信号采集系统设计

表面肌电信号是人体表面肌肉通过收缩产生的生物电，能够反应人体肌肉的活动状况，在医学领域有重要的研究价值。由于表面肌电信号是微弱信号，较小的噪声就能产生较大的干扰；针对其这一弱点，本文设计了一款体积小、功耗低、抗干扰能力强的表面肌电信号采集系统。设计使用AD8232作为采集芯片，结合放大、滤波、模数转换电路，使用STM32进行数据处理，最后将数据通过低功耗蓝牙发送到上位机。测试结果表明：表面肌电信号能量主要集中在50~150 Hz，300 Hz以上明显衰减，受低频信号干扰较大。经过硬件滤波与小波降噪算法处理后，干扰得到较好抑制，尤其对低频干扰有显著衰减。系统有较强的抗干扰能力和可靠性，有着良好的市场前景。     

无线多通道表面肌电信号采集系统设计

本文设计了一种无线多通道表面肌电信号（surface electromyography,SEMG）采集系统,该系统包括多通道的无线传感器和信号接收部分。传感器可独立的穿戴于人体表面,以线形差分电极获取表面肌电信号,对其进行放大、滤波、A/D变换,并用无线的方式按本文设计的通信协议发送给接收部分。接收部分对各传感器的数据进行整合,并通过USB接口传输给电脑进行存储、显示和处理。每个传感器体积为35mm×20mm×11mm,重量仅13g（含电池）,一次充电可工作9个小时,无线通信距离达7.5m,采集到的信号噪声低于？70dB（肌电信号1mV代表0dB）。该设计大大提高了电极安放的便利性,采集设备的便携性与人体的安全性,且避免了工频干扰,能够满足基于表面肌电信号的手势或姿势识别等研究的要求。     

有源电极研制

分析肌电信号检测中存在的问题,探讨如何减小可能遇到的干扰与噪声,提出一种利用仪用放大器INA128设计制作有源电极的方法.实验表明,采用有源电极可以减小噪声,获得满意的表面肌电信号.     

基于小波变换及AR模型的EMG模式识别研究

当前表面肌电信号(SEMG)已经被广泛地应用到智能康复设备当中,然而在智能轮椅中的应用还处于起步阶段.为了实现SEMG在智能轮椅中的应用,提出了一种将小波变换和AR建模相结合的前额表面肌电信号分析方法.首先将采集得到的肌电信号进行预处理,获得有效数据段;然后,对信号进行小波分析,并将所得到的小波系数进行AR建模;最后,...     

Grael脑电放大器与深度学习的手势实时识别研究

手势识别是人机交互的关键。为了能够更好地实现脑电信号与肌电信号的融合,精准地识别人体的运动,本文建立了一套基于Grael脑电放大器的手势动作实时检测识别的研究系统。通过Grael脑电放大器和Curry8系统采集5个通道的8种不同手势的表面肌电信号(sEMG),并对采集到的sEMG信号进行滤波去噪、滑动窗口分割以及特征提取等预处理的操作;最后采用几种常用的分类器与卷积神经网络(CNN)对不同手势的sEMG信号进行实时分类识别。结果表明CNN的识别准确率最高,能达到92.98%;对每个手势动作进行30次实时识别检测,结果显示识别延迟大概在1～1.5 s,实时识别的精度可高达90%。该系统为将来研究脑电信号与肌电信号的融合提供了一个可行的方法,在人机交互方面展现了巨大的潜力和应用空间。     

融合肌电信号与 A 型超声的新型肌肉疲劳检测方法

为了提高肌肉的疲劳检测效果,提出了一种双传感融合的方式来弥补单传感模式下信息容易丢失的不足。 该方式将表 面肌电信号的时频域特征与 A 型超声信号的肌肉厚度特征多维度融合,实现了双传感疲劳检测新模式。 采用支持向量机和神 经网络多模型训练,表面肌电信号与 A 型超声双传感融合在 3 种疲劳状态下的检测准确率可以达到 85%以上。 相较于仅仅使 用表面肌电信号的时频域特征(76. 99%)与 A 型超声的肌肉厚度(74. 87%)进行疲劳检测,准确率提升了 8% ~ 13%。 结果表明 对于疲劳检测,表面肌电信号与超声信号双传感融合模式比单传感模式更加准确有效。     

基于ZigBee的光伏板数据采集系统设计

针对目前光伏板的应用越来越普及,但能量耗损大,成本高,采集方式繁琐等问题,设计一种基于ZigBee技术的数据采集系统,ARM处理器作为控制的核心,使用具有低功耗ZigBee模块的CC2530作为协调器来搭建无线网络,同时配合各种数据采集传感器来采集光伏板上的温度,电压,电流和光照强度等数据。通过实验可以验证设计有效解决了光伏板数据采集过程中有线网络复杂的布线,采集方式的繁琐,不易实现等问题,同时具有很强的扩展性,成本低,数据传输稳定,采集量大,速度快,有效实用,具有很好的实用价值。     

一种分布式高低压线路防窃电设计

目前智能用电系统中,防窃电主要依赖低压侧远方终端和电表判断,单一使用低压侧数据判断,系统不可靠,误报,漏报率高。针对该问题,设计了一种基于故障指示器和低压线路采集相结合,远方终端系统判断高压和低压数据,可有效监测各类常见窃电异常,系统可靠性高,投入成本低,运维便利,能为现有系统提供有效窃电监测。     

330 MW燃煤发电机组除尘系统节能优化

燃煤发电机组除尘系统完成超低排放改造后,在保证电除尘器除尘效率的同时,还需对其电耗进行优化。在除尘系统的节能优化中,性能试验不可或缺。以某330 MW燃煤机组除尘系统为例,在100%、75%和50%负荷时,设计了10种工况,给出不同工况时各电场的充电比、火花率、平均二次电压和平均二次电流,最终测试不同工况下电除尘器除尘效率、电耗及厂用电率。研究结果表明：机组高负荷运行时,提高电除尘器前部电场电源参数值可以显著提高除尘效率,而适度提高末电场的电源参数值,可以有效降低粉尘的最终排放浓度。     

高压电场在热敏性物料干燥应用中的研究进展

高压电场干燥技术以其低投入、低能耗、不升温等优点为热敏性物料干燥开辟了一条新途径,但其干燥机理、干燥模型和各种因素对干燥效果影响的研究还不够深入和完善。为了提高高压电场干燥效率,进一步开展相关的研究工作,利用综合法、分析法归纳和总结了高压电场干燥技术的机理;介绍了高压电场干燥的两种装置及其特点;总结了高压电场干燥技术的特点及其在蔬菜、中药材、生物制品等热敏性物料干燥方面应用情况。研究结果表明:高压电场干燥技术在热敏性物料干燥领域具有明显的优势,并指出了如何进一步降低能耗、提高效率和将其与其它干燥技术相结合是今后研究工作的热点。     

太阳能并网系统的远程监控软件

本文介绍的太阳能电站远程监控系统能够监测太阳能电池板以及逆变器的各个参数。系统由上位监控机和前端采集模块组成。采集模块用于采集单片机传送的电站运行参数,处理后将数据通过通信线路传输到上位监控机,并实现完备的人机界面。基于组态软件的太阳能远程监控系统具有数据记录、管理和查询等功能,实现了电站无人值守时的可靠监测。     

基于受限和洪泛的电力线载波通信组网算法

组网技术是低压电力线载波通信（LPLC）网络的重要基础之一。当前基于LPLC的用电信息采集系统通信所使用的组网技术主要为洪泛。但是洪泛以系统资源利用率为代价,因为缺乏有效抑制,网络中将产生大量的冗余数据并造成严重冲突。针对该问题,文章提出了一种基于受限洪泛和分级的LPLC组网算法。该机制采用限定洪泛次数及分级广播的方式以有效抑制节点问的信道冲突和通信冗余。应用分析表明,所提出的组网算法能有效地降低节点间通信冲突并提高通信效率。     

基于输电线路监测的无线传感器网络路由优化技术研究

电力输电线路是电力系统的重要组成部分,其运行状况直接关系到整个电力系统的安全。无线传感器网络作为现代信息采集的重要技术,具有低功耗、低成本的特点,适用于长链状分布的输电线路的监测。针对长链状无线传感器网络对数据传输实时性和可靠性要求较高的特点,论文从无线传感网络路由算法优化方面展开研究,提出了一种最大最小蚁群算法,并对所提出的方法通过利用CC2530F256通信模块搭建的长链状无线传感器网络进行了实验验证。实验结果表明了算法的有效性及可行性。     

基于脑电信号的人机交互实验平台的设计和应用

基于脑电信号(electroencephalogram,EEG)的人机接口研究是目前国内外研究热点之一,本文针对脑电信号在强噪声背景下微弱的特点,讨论了基于脑电信号的低功耗、移动式、开放接口的人机交互实验平台系统的设计方法和应用.综合利用先进的硬件和软件滤波技术、隔离技术、高速通用串行接口技术以及虚拟仪器技术来提高平台各方面的性能.将此平台用于脑电诱发信号提取得到了满意的结果,从而为基于脑电信号的开放性人机交互平台的实现提供了新的思路,为脑电信号的研究带来了方便.