专利名称：一种基于无线表面肌电信号的遥控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物医学工程的电子技术领域，特别涉及一种基于无线表面 (如人体前臂表面)肌电信号的遥控装置，利用人体的生理电信号实现与外围世界的信息交互。
背景技术：
肌电信号(Electromyography，EMG)是伴随着肌肉活动而产生的一种重要的生物电信号，其中蕴涵了肌肉状态和肌肉活动的各种信息，根据测量中所用的电极和安放位置的不同，检测到的肌电信号可被分为两类针电极肌电信号(Needle EMG, NEMG)和表面电极肌电信号(Surface EMG，SEMG)，前者使用针形电极，将其插入到要测量的肌肉内部，直接在活动肌纤维附近检测电位信息，而后者则是使用表面电极，将其安放在被测肌肉皮肤表面，测量肌肉活动在测量表面处的电位综合。NEMG记录的是电极附近为数较少的肌纤维的电活动，通常具有良好的空间分辨率和较高的信噪比，但是针电极插入人体时会对肌肉和脂肪组织造成损伤，不宜反复多次或者过长时间测量，也不宜同时测量多通道信号，所以， 不适合在如人机交互等日常生活中广泛使用。表面电极相对针电极具有较大的检测表面， 通常空间分辨率较低，记录的信号为一定范围内肌纤维活动的电位综合，而且SEMG比较微弱，容易受外界噪声干扰，信噪比较低，但是SEMG的最大优势是测量的无损伤性，所以，根据实际需要，可以随时在皮肤表面任意位置采集多通道的SEMG，而且采集信号的持续时间可以自由控制，是目前比较受欢迎的采集方式。近年来，SEMG不仅被广泛应用于运动医学、 康复工程、肌肉疾病诊断等领域，而且作为一种新颖的人机交互控制方式备受关注，肌电控制系统通过对相应肌群上采集到的SEMG信号的分析对不同人体动作进行识别，用识别结果来控制外围设备。现有技术中，在硬件实现方面，现有的SEMG采集系统大多使用有线的方式，电极与采集设备及电脑等控制设备有线连接，由交流电源供电，这种方式易引入工频干扰，此夕卜，有线电极体积大、重量较重、功耗较大、对人体造成束缚，不便在日常生活中使用。另外， 在基于SEMG的实时手势动作识别的研究方面，现有技术中大多数识别率较高的系统都是选取常见手势动作中区分度比较明显的六到八类粗大动作进行识别，而且基本上都使用了六到八个通道进行SEMG信号采集。识别率不高，实现较为复杂。
实用新型内容本实用新型提供一种体积小、重量轻、低功耗的基于无线表面肌电信号的遥控装置。为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案一种基于无线表面肌电信号的遥控装置，其包括信号发射端和信号接收端，所述信号发射端包括信号采集板、A/D转换电路、第一单片机和发射模块，所述信号采集板信号连接A/D转换电路，所述A/D转换电路信号连接第一单片机，所述第一单片机信号连接发射模块，所述信号采集板连接表面肌电电极，所述信号接收端包括信号接收模块、第二单片机和驱动电路，所述信号接收模块信号连接第二单片机，所述第二单片机信号连接驱动电路，所述驱动电路信号连接电机。优选地，所述信号采集板包括电压跟随器、生物仪器放大器和带通滤波器，所述表面肌电电极信号连接电压跟随器，所述电压跟随器信号连接生物仪器放大器，所述生物仪器放大器信号连接带通滤波器，所述带通滤波器连接所述A/D转换电路。优 选地，还包括反馈电极，所述反馈电极和所述表面肌电电极共地，并且都连接所述信号发射端的信号采集板。通过实施以上技术方案，具有以下技术效果本实用新型提供的基于无线表面肌电信号的遥控装置通过无线多通道便SEMG采集及处理系统的设计，使得SEMG采集系统更加便携易用，体积小，重量轻，使用电池供电，用无线的方式传输数据，不仅可以避免工频干扰取得高信噪比的SEMG，还将人与高电压危险设备隔离，电气安全性好；还通过优化电极的配置和安放，仅用四通道SEMG实现了对十种精细复杂的中国数字手势的识别，正确率高达90%以上，并且将SEMG的识别结果应用到遥控装置的实时控制中去，实现了用无线SEMG 实时地灵活地控制遥控车。
图1为本实用新型实施例提供的基于无线表面肌电信号的遥控装置结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的基于无线表面肌电信号的遥控装置电路原理图；图3为本实用新型实施例提供的信号采集板的电路原理图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。本实用新型实施例提供一种基于无线表面肌电信号的遥控装置，如图1和图2所示，包括信号发射端3和信号接收端4，所述信号发射端3包括信号采集板9、A/D转换电路10、第一单片机11和发射模块12，所述信号采集板9信号连接A/D转换电路10，所述A/ D转换电路10信号连接第一单片机11，所述第一单片机11信号连接发射模块12，所述信号接收端包括信号接收模块13、第二单片机14和驱动电路15、17，所述信号接收模块13 信号连接第二单片机14，所述第二单片机14信号连接驱动电路15、17，所述驱动电路15、 17分别信号连接电机16、18。在具体的实施例中，所述信号采集板9如图3所示包括电压跟随器19、生物仪器放大器20和带通滤波器21，表面肌电电极1信号连接电压跟随器19， 所述电压跟随器19信号连接生物仪器放大器20，所述生物仪器放大器20信号连接带通滤波器21。更为具体的，四通道表面肌电电极1放置于人体前臂的拇长伸肌、指屈肌、指伸肌和小指屈肌所对应的皮肤表面处，该遥控装置还包括一个与面肌电电极1共地反馈电极2， 每通道表面肌电电极1包括一个正电极和一个负电极，正负电极分别连接电压跟随器19的输入端，其输出端连接生物仪器放大器20的输入端，生物仪器放大器20对信号进行差分放大并去噪，放大倍数为20倍或者其他倍数，其输出端连接切比雪夫I型一阶带通滤波器 21的输入端，该滤波器21对信号进行有用频段的提取和无用频段的抑制，通频带为20 500Hz，通带内的增益为50，其输出端连接A/D转换电路10，单片机11控制A/D转换电路10 转换的采样频率(此处为1000Hz)和发射模块12的发射频率；信号采集板9是由四通道图3所示电路构成的60mmX30mmX2mm的双面PCB，而A/D转换电路10、单片机11和发射模块12则共同组成与信号采集板9同样尺寸的PCB板，它们两者通过接口接连，组成尺寸为60mmX30mmX10mm的电路模块3，由电源电路22供电。反馈电路23连接电源电路22， 输出信号到反馈电极，可以有效的抑制人体的共模信号并使人体与电路共地。通过无线的方式，信号发射端3将采集到的SEMG传输给由接收模块13、单片机14 和驱动电路15、17组成的电信号接收端4，经过第二单片机14对动作段检测、特征提取和识别算法的实现，将四通道SEMG信号的分类结果用作对遥控车的控制，遥控车由可充电铅蓄电池M供电，车前部的两个轮子7、8都为万向轮，车后部的两个轮子由直流电机5(16)和 6(18)分别控制。在该遥控装置中，优选地，所述表面肌电电极为四对表面肌电电极，所述四对表面肌电电极分别设置在拇长伸肌的表面肌电电极、设置在指屈肌的表面肌电电极、设置在指伸肌的表面肌电电极和小指屈肌的表面肌电电极。首先是活动段检测，当检测到信号瞬时能量高于设定阈值，则认为活动段开始，当检测到信号瞬时能量低于阈值，则认为活动段结束，活动段长度需大于100ms，否则视为噪声，瞬时能量计算采用平均移动窗法；其次是特征提取，通过计算各通道活动段的信号幅度绝对值均值(Mean Absolute Value,MAV)禾口绝对值均值比(Mean Absolute Value Ratio, MAVR)组成了一个1X8的特征向量；最后就是通过各种常用的分类方法对特征向量进行判别，这里使用贝叶斯线性分类器，分类结果赋值给控制量，值域是从一到十的整数，分别代表遥控装置的十种动作。该基于无线表面肌电信号的遥控装置仅利用四通道前臂表面肌电信号实现对中国传统一到十数字手势的实时识别，这十种手势都是有手指参与的精细动作，识别率达到 90%以上。具体的控制过程描述如下第二单片机14通过对接收的四通道SEMG的分析，若判别结果为十，则开启对电机驱动电路15、17的控制，否则一直等待该结果；若判别结果为一，则驱动电路15、17以同样的速度同时驱动电机16、18正转，从而使遥控车向前直行；若判别结果为二，则驱动电路15、17以同样的速度同时驱动电机16、18反转，从而使遥控车直线后退；若判别结果为三，则驱动电路15无驱动信号，电机16停止转动，驱动电路17驱动电机18正转，从而使遥控车向前左转；若判别结果为四，则驱动电路15驱动电机16正转， 驱动电路17无驱动信号，电机18停止转动，从而使遥控车向前右转；若判别结果为五，则电机驱动电路15、17无驱动信号，电机16、18停止转动，原地停止；若判别结果为六，则电机驱动电路15、17驱动电机16、18以半速转动，默认情况为半速；若判别结果为七，则电机驱动电路15、17驱动电机16、18以全速转动；若判别结果为八，则驱动电路15无驱动信号，电机 16停止转动，驱动电路17驱动电机18反转，从而使遥控车向后左转；若判别结果为九，则驱动电路15驱动电机16反转，驱动电路17无驱动信号，电机18停止转动，从而使遥控车向后右转。该遥控装置通过无线多通道便SEMG采集及处理系统的设计，使得SEMG采集系统更加便携易用，用无线的方式传输数据，还通过优化电极的配置和安放，仅用四通道SEMG
5实现了对十种精细复杂的中国数字手势的识别，正确率高达90%以上，并且将SEMG的识别结果应用到遥控装置的实时控制中去，实现了用无线SEMG实时地灵活地控制遥控车。 以上对本实用新型实施例所提供的一种基于无线表面肌电信号的遥控装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种基于无线表面肌电信号的遥控装置，其特征在于，包括信号发射端和信号接收端，所述信号发射端包括信号采集板、A/D转换电路、第一单片机和发射模块，所述信号采集板信号连接A/D转换电路，所述A/D转换电路信号连接第一单片机，所述第一单片机信号连接发射模块，所述信号采集板连接表面肌电电极，所述信号接收端包括信号接收模块、 第二单片机和驱动电路，所述信号接收模块信号连接第二单片机，所述第二单片机信号连接驱动电路，所述驱动电路信号连接电机。
2.如权利要求1所述基于无线表面肌电信号的遥控装置，其特征在于，所述信号采集板包括电压跟随器、生物仪器放大器和带通滤波器，所述表面肌电电极信号连接电压跟随器，所述电压跟随器信号连接生物仪器放大器，所述生物仪器放大器信号连接带通滤波器， 所述带通滤波器连接所述A/D转换电路。
3.如权利要求2所述基于无线表面肌电信号的遥控装置，其特征在于，还包括反馈电极，所述反馈电极和所述表面肌电电极共地，并且都连接所述信号发射端的信号采集板。
4.如权利要求1所述基于无线表面肌电信号的遥控装置，其特征在于，所述表面肌电电极为四对表面肌电电极，所述四对表面肌电电极分别设置在拇长伸肌的表面肌电电极、 设置在指屈肌的表面肌电电极、设置在指伸肌的表面肌电电极和小指屈肌的表面肌电电极。
专利摘要本实用新型提供一种基于无线表面肌电信号的遥控装置，其包括信号发射端和信号接收端，信号发射端包括信号采集板信号连接A/D转换电路，A/D转换电路信号连接第一单片机，第一单片机信号连接发射模块，信号采集板连接表面肌电电极，信号接收端包括信号接收模块信号连接第二单片机，第二单片机信号连接驱动电路，驱动电路信号连接电机。本实用新型提供的遥控装置体积小，重量轻，使用电池供电，用无线的方式传输数据，不仅可以避免工频干扰取得高信噪比的SEMG，还将人与高电压危险设备隔离，电气安全性好，实现了用无线SEMG实时地灵活地控制遥控车。
文档编号G05B19/042GK202102276SQ20112007371
公开日2012年1月4日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者王真, 陈勋 申请人:陈勋