CN104586391A - 一种可穿戴肌电臂环 - Google Patents

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王际玮
孙利滨
李平舟
刘禹
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Abstract

一种可穿戴肌电臂环，包括若干个采集模块；采集模块上包括正负成对设置的肌电采集电极以及设置在肌电采集电极之间的人体热量传导片，采集模块之间通过内含数据传输线的弹性绷带连接；若干个采集模块被分配为一个信号采集主通道及其他信号采集副通道；作为信号采集主通道的采集模块内部还包括热电转换模块，运动传感器，无线传输模块，数据处理模块，电池及充电模块；各个采集模块采集到的肌电信号传入到作为信号采集主通道的采集模块内部，经过数据处理模块进行A/D转换后与运动传感器采集到的手臂姿态信号融合，通过无线传输模块传输到云服务器进行数据处理。本发明能够有效采集手臂表面肌电信号及姿态信息，数据的处理能力和速度大幅度提高。

Description

一种可穿戴肌电臂环
技术领域
本发明属于可穿戴技术领域，具体涉及一种可穿戴肌电臂环。
背景技术
肌肉运动是人体活动的重要组成部分。肌肉运动在本质上是电位的传输，在人体皮肤表面以sEMG信号(表面肌电信号，surface electromyography)反映出来。不同的肌肉及其不同的运动呈现出不同的信号波形，同时相同肌肉的活动状态和功能状态之间也存在着不同程度的关联性。
在控制良好的条件下，肌电信号在很大程度上能反映出肌肉的疲劳程度，肌力水平和多肌群协调能力等肌肉活动和中枢控制特征变化规律。因而对于康复医学临床和基础研究等具有重要价值和应用意义。
肌肉的运动伴随着能量的传递，除了极小部分被肌肉吸收，大部分能量以电信号和热能的形式散失。
多通道肌电采集会产生大量的数据，不管是利用目前的高速MCU还是PC电脑设备来对数据处理都是极其困难的。
目前手部姿态信息识别主要可以通过图像采集处理技术或携带多个传感器的手套来实现，但是这两种实现方式都会受到使用环境和数据处理设备的限制，不利于携带并且数据处理麻烦。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种结构简单，能够有效采集手臂做动作时的表面肌电信号及姿态信息，根据用户不同需求实时地对用户肌电数据进行高速计算存储并返回相应处理结果的可穿戴肌电臂环。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括若干个采集模块；所述的采集模块上包括正负成对设置的肌电采集电极以及设置在肌电采集电极之间的人体热量传导片，采集模块之间通过内含数据传输线的弹性绷带连接；
所述的若干个采集模块被分配为一个信号采集主通道及其他信号采集副通道；作为信号采集主通道的采集模块内部还包括热电转换模块，运动传感器，无线传输模块，数据处理模块，电池以及充电模块；各个采集模块采集到的肌电信号传入到作为信号采集主通道的采集模块内部，经过数据处理模块进行A/D转换后与运动传感器采集到的手臂姿态信号融合，通过无线传输模块传输到云服务器进行数据处理。
所述的运动传感器采用集成有三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁感应传感器的九轴传感器。
所述的无线传输模块包括蓝牙模块与LTE数据传输端。
所述的充电模块包括能够与外部无线充电底座相适配的无线电源发送管理芯片，所述的无线充电底座接收端集成有无线电源接收器与锂电池充电器芯片。
所述的无线电源发送管理器芯片为德州仪器公司生产的BQ500210；所述的无线充电底座接收端为德州仪器公司生产的BQ51050B。
所述的采集模块为聚碳酸酯材料构成的长方体结构。
所述的采集模块为八个，包括一个作为信号采集主通道的采集模块，以及七个作为信号采集副通道的采集模块。
所述的人体热量传导片采用帕尔贴片。
与现有技术相比，本发明可穿戴肌电臂环利用多个通道的采集模块对用户的肌电数据进行采集，通过无线传输模块实时地将数据上传至云服务器进行数据处理，利用移动云计算技术，能够大幅度提高数据的处理能力和速度。最后再将处理结果返回臂环，信号整体处理的速度得到大幅度提升，能够减轻臂环对处理器的要求，解除了PC不能在不同环境中灵活使用的束缚。此外，通过肌电采集电极和人体热量传导片能够将皮肤表面的电信号和热能收集转换成电能，从而延长臂环的续航时间。采集模块之间通过弹性绷带连接，这样能够较好的适应不同手型，并且数据传输线内嵌入弹性绷带，一方面使得数据传输线的隐蔽性好，另一方面减小了外界环境带来的干扰。本发明使用时用户能够根据自己不同的需求，选择云服务器反馈不同的信息，如手臂三维姿态信息、手势识别以及肌肉疲劳程度等数据信息。
进一步的，本发明运动传感器为集成有三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁感应传感器的九轴传感器，陀螺仪用于采集人体上臂运动的角速度信息进而得到其姿态角，加速度计用于采集人体前臂加速度信息并同时获取重力信息，这些信息与采集到的肌电信号数据融合，最终能够得到包括手指关节、手腕以及上臂在内的整个手部姿态信息。
进一步的，本发明可穿戴肌电臂环还包括蓝牙模块，利用蓝牙能够与其他电子设备相连接，实现信息交换。
进一步的，本发明可穿戴肌电臂环采用无线充电技术，充电模块包括无线电源发送管理器芯片，无线充电底座接收端集成有无线电源接收器与锂电池充电器芯片，本发明在电源设计中取代USB有线充电接口，以实现更加小型化，便携化的目的。
进一步的，本发明采集模块为聚碳酸酯材料构成的长方体结构，是为了让电极能更好地与人体接触，减小接触对信号的干扰。
附图说明
图1本发明整体结构示意图；
图2本发明侧视结构示意图；
图3本发明俯视结构示意图；
图4本发明作为信号采集主通道的采集模块内部结构示意图；
附图中：1-采集模块；2-电源开关；3-肌电采集电极；4-人体热量传导片；5-弹性绷带；6-凹槽；7-传输线口；8-热电转换模块；9-运动传感器；10-无线传输模块；11-数据处理模块；12-电池；13-充电模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1-4，本发明可穿戴肌电臂环，包括八个采集模块1，采集模块1均为聚碳酸酯材料构成的长方体结构；采集模块1上包括正负成对设置的肌电采集电极3以及设置在肌电采集电极3之间的人体热量传导片4，其中，人体热量传导片4采用帕尔贴片。采集模块1之间通过内含数据传输线的弹性绷带5连接；八个采集模块1被分配为一个信号采集主通道及七个信号采集副通道。作为信号采集主通道的采集模块1内部还包括热电转换模块8，运动传感器9，无线传输模块10，数据处理模块11，电源12及充电模块13。运动传感器9为集成有三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁感应传感器的九轴传感器。无线传输模块10包括蓝牙模块与LTE数据传输端。充电模块13包括能够与外部无线充电底座相适配的无线电源发送管理芯片，无线电源发送管理芯片为TI公司生产的BQ500210；无线充电底座接收端为TI公司生产的BQ51050B，集成有无线电源接收器与锂电池充电器芯片。各个采集模块1集到的肌电信号传入到作为信号采集主通道的采集模块1内部，经过数据处理模块11进行A/D转换后与运动传感器9采集到的手臂姿态信号融合，通过无线传输模块10传输到云服务器进行数据处理。
人体热量传导片4用来采集人体散发的热量。肌电采集电极3以及人体热量传导片4均设置在采集模块1内部的凹槽6当中。采集模块1均为聚碳酸酯材料构成的长方体结构是为了让电极能更好地与人体接触，减小接触对信号的干扰。电源开关2设置在作为信号采集主通道的采集模块1上。
各个采集模块1集到的肌电信号通过传输线口7传入到作为信号采集主通道的采集模块1内部，通过数据处理模块处理11完成ADC采样，再将数据传输到云服务器，利用云计算进行进一步数据处理。
充电模块13能够进行无线充电和体温充电。
本发明臂环能够准确的采集到手臂运动姿态信息和肌肉状态信息，并将数据实时的传输到服务器，本发明使用时用户能够根据自己不同的需求，选择云服务器反馈不同的信息，如手臂三维姿态信息、手势识别以及肌肉疲劳程度等数据信息。此外，本发明臂环突破了硬件设备和使用环境的束缚，利用移动云计算技术，能够大幅度提高数据处理能力和速度。

Claims (8)

1.一种可穿戴肌电臂环，其特征在于：包括若干个采集模块(1)；所述的采集模块(1)上包括正负成对设置的肌电采集电极(3)以及设置在肌电采集电极(3)之间的人体热量传导片(4)，采集模块(1)之间通过内含数据传输线的弹性绷带(5)连接；
所述的若干个采集模块(1)被分配为一个信号采集主通道及其他信号采集副通道；作为信号采集主通道的采集模块(1)内部还包括热电转换模块(8)，运动传感器(9)，无线传输模块(10)，数据处理模块(11)，电池(12)以及充电模块(13)；各个采集模块(1)采集到的肌电信号传入到作为信号采集主通道的采集模块(1)内部，经过数据处理模块(11)进行A/D转换后与运动传感器(9)采集到的手臂姿态信号融合，通过无线传输模块(10)传输到云服务器进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的运动传感器(9)采用集成有三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁感应传感器的九轴传感器。
3.根据权利要求1所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的无线传输模块(10)包括蓝牙模块与LTE数据传输端。
4.根据权利要求1所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的充电模块(13)包括能够与外部无线充电底座相适配的无线电源发送管理芯片，所述的无线充电底座接收端集成有无线电源接收器与锂电池充电器芯片。
5.根据权利要求4所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的无线电源发送管理器芯片为德州仪器公司生产的BQ500210；所述的无线充电底座接收端为德州仪器公司生产的BQ51050B。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的采集模块(1)为聚碳酸酯材料构成的长方体结构。
7.根据权利要求1所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的采集模块(1)为八个，包括一个作为信号采集主通道的采集模块(1)，以及七个作为信号采集副通道的采集模块(1)。
8.根据权利要求1所述的可穿戴肌电臂环，其特征在于：所述的人体热量传导片(4)采用帕尔贴片。
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