CN109998542A - 基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带 - Google Patents

基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带 Download PDF

Info

Publication number
CN109998542A
CN109998542A CN201910352986.1A CN201910352986A CN109998542A CN 109998542 A CN109998542 A CN 109998542A CN 201910352986 A CN201910352986 A CN 201910352986A CN 109998542 A CN109998542 A CN 109998542A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
wrist strap
differential
wrist
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910352986.1A
Other languages
English (en)
Inventor
刘纪红
胡岸
安承洋
吕嵩伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201910352986.1A priority Critical patent/CN109998542A/zh
Publication of CN109998542A publication Critical patent/CN109998542A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389—Electromyography [EMG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6824—Arm or wrist
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7264—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • A61B5/7267—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems involving training the classification device

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

本发明是一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，腕带上均匀设置有差分电极和参考电极；差分电极和参考电极位于小臂中部稍偏向手腕的位置；太靠近手腕会导致电极远离肌腹而信号强度变低，太远离手腕则电极对手指运动的分辨力不强；两个差分电极中心间距不大于30mm，选取间距过大，会使肌电信号的有效频率成分损失过多；差分电极成对布置，对数为n；差分电极对应手部活动相关的4个肌肉群；长方形参考电极则尽量置于非肌肉活动区，参考电极的作用是提供零位电压参考，使信号尽快稳定。腕带轻便、使用方便，佩戴舒适，织物电极的特性使得皮肤不需要进行预处理或涂抹导电膏就可以进行采集，适合长期采集。

Description

基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带
技术领域
本发明专利涉及一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带。
背景技术
手腕与手指的发力配合存在于许多日常活动中，如投篮，羽毛球、乒乓球的挥拍，弹奏钢琴等等，而相关的手部动作训练往往是学习这些内容所必要的。有研究表明，手腕和手指的发力动作与前臂肌群有密切的关联，这种对应关系可以反映到手臂多块独立的肌肉之上，对于单个个体而言，不同时间，同一动作所对应的各肌群肌电发放模式高度相似，通过采用多通道电极测量前臂的表面肌电信号(sEMG)就可以精确实时地获得手部运动的状态，或者是肌肉疲劳信息，从而给出相应的训练反馈数据，以及动作纠正与指导，达到人机交互的目的。
用于前臂肌电采集的民用产品，目前比较成熟的有加拿大的MYO手环，中国的D-Ting手环等等，然而，这些产品由于采用了硬质电极组，佩戴不舒适，不适合长期佩戴和监控肌电信号，目前仅仅应用于短时间的控制场景，不适合普及；柔性织物肌电电极则克服了这一缺点，具有佩戴舒适，可水洗等优点。但目前的有关产品，比如Athos运动服，虽采用了柔性织物电极，但其仅仅在人体的大臂肌肉，胸肌等处放置了面积较大的单端电极，仅能粗略反应区域肌肉的活动状态，对于小块肌肉电信号分辨率不高。
鉴于此，设计出一种基于柔性银纤维织物电极的多通道肌电采集腕带，采用了有源阵列式电极配置，增加了信号的信噪比的同时，能同时获得前臂多块肌肉的肌电信号，具有较高的空间分辨率，从而更加真实反映手部运动信息，为进一步设计出可穿戴的手部动作训练辅助设备打下基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够通过阵列式有源肌电电极采集多通道肌电信号的腕带，具有佩戴方便，舒适，以及采集信号质量较好的特点。
为实现本发明的目的采用的技术方案是：
一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，腕带上均匀设置有差分电极和参考电极；差分电极和参考电极位于小臂中部稍偏向手腕的位置；太靠近手腕会导致电极远离肌腹而信号强度变低，太远离手腕则电极对手指运动的分辨力不强；差分电极为正方形，尺寸为10mm～15mm，两个差分电极中心间距不大于30mm，如果选取间距过大，由于差分电极的固有低通滤波特性会使肌电信号的有效频率成分损失过多；差分电极成对布置，对数为n；差分电极对应手部活动相关的4个肌肉群；长方形参考电极则尽量置于非肌肉活动区，宽度10～15mm，长度为40mm，参考电极的作用是提供零位电压参考，使信号尽快稳定。
与现有技术相比较，本发明的优点是：
由于采用了柔性织物电极，所述腕带轻便、使用方便，佩戴舒适，织物电极的特性使得皮肤不需要进行预处理或涂抹导电膏就可以进行采集，适合长期采集。另外，差分多通道阵列式有源电极设计使得电极可以采集到分辨率更高的手部运动信息，并且所采集的肌电具有较高的信噪比，这些精度的提升使得采用织物电极采集到的肌电信号应用范围得以扩宽，可以用于较为复杂的模式识别场景，例如手部动作训练辅助——在训练者接受人工指导而执行标准手部动作时，微处理器可以对前臂肌电进行特征提取，并训练分类器，比如BP神经网络，K最邻近分类器等；当训练者在之后没有人工指导的情况下再次训练相同动作时，能够通过模式识别判断手部动作是否正确，从而给使用者以反馈。
附图说明
图1是本发明腕带佩戴位置示意图。
图2是本发明腕带的展开图。
图3为图2所示展开图中沿虚线Y切开的剖面。
图4是有源电极放大图。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-4及实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，虚线部分为处于腕带内层的织物电极位置，电极应位于小臂中部稍偏向手腕的位置。太靠近手腕会导致电极远离肌腹而信号强度变低，太远离手腕则电极对手指运动的分辨力不强。正方形差分电极1的电极尺寸为10～15mm，电极中心间距不宜大于30mm，如果选取间距过大，由于差分电极的固有低通滤波特性会使肌电信号的有效频率成分损失过多。差分电极对数n优选为4，对应了与手部活动相关的4个肌肉群：拇长屈肌、指深屈肌、指浅屈肌和尺侧腕屈肌。长方形参考电极2则尽量置于非肌肉活动区，如图1所示，其长度为40mm，宽度和差分电极1相同。参考电极2的作用是提供零位电压参考，使信号尽快稳定。n对差分电极1和参考电极2的位置应环绕腕带均匀设置。
所述腕带由三层主要结构组成。图2是腕带的展开图。内层3直接贴合皮肤的层，厚度为2～3mm，外层4厚度为3～5mm，两者皆应由亲肤且具有弹性的绝缘材料构成，优选为弹性尼龙布。中间层5材料为聚酰亚胺，具有柔软且可反复弯折的特性，作为柔性采集电路和预处理电路的基底。差分电极1和参考电极2与中间层5上的铜金属盘13通过导电胶连接，并通过内层3上的方形孔6露出，从而可以和皮肤接触。由于中间层5不可发生拉伸形变，所以内层3上的孔6尺寸应稍大于各织物电极的尺寸，以保证内层3和外层4在发生弹性形变时织物电极可以在孔中左右滑动，不受挤压。中间层5的上下宽度略小于内层3和外层4的上下宽度，以使内层3和外层4可以在上下两侧边沿相连接，将中间层5夹于内部，不会上下滑动。
考虑到电极与皮肤的接触阻抗较大，采集到的原始肌电需要尽快经过阻抗变换，才能有效避免引入外界信号的干扰，增加信噪比。所以采用电压跟随器7和差分电极1分列中间层5两侧并紧贴彼此的设计方法，即有源电极配置。银纤维导电布料10既具有与皮肤良好的耦合性能，又具有优异的导电性，是制作织物电极的良好材料。导电泡棉9具有较好的导电性和弹性，既能传导肌电信号，又能增加银纤维面料与皮肤的贴合度，保证信号的稳定，并且可以避免由于电极与皮肤之间相对滑动引入大量伪迹噪声。导电泡棉9被银纤维导电布料10所包裹，并共同通过导电胶粘接到位于中间层5的铜质圆盘13上，导电胶11可以选择铜粉导电胶或银粉导电胶，优选为银粉导电胶，因其电阻率更小。铜质圆盘13通过金属过孔穿过中间层5，直接连接电压跟随器7，从而实现了尽可能短的连接，减小干扰引入。
信号经过电压跟随器7的初级放大后，通过中间层5上的印制线路进入信号调理、处理电路8，进行带通滤波，工频陷波以及后级放大等处理，并经AD采样后送入微处理器，进行后期的处理与分析。

Claims (6)

1.一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，其特征在于，腕带上均匀设置有差分电极和参考电极；差分电极和参考电极位于小臂中部稍偏向手腕的位置；太靠近手腕会导致电极远离肌腹而信号强度变低，太远离手腕则电极对手指运动的分辨力不强；
差分电极为正方形，尺寸为10mm～15mm，两个差分电极中心间距不大于30mm，如果选取间距过大，由于差分电极的固有低通滤波特性会使肌电信号的有效频率成分损失过多；差分电极成对布置，对数为n；差分电极对应手部活动相关的4个肌肉群；长方形参考电极则尽量置于非肌肉活动区，宽度10～15mm，长度为40mm，参考电极的作用是提供零位电压参考，使信号尽快稳定。
2.根据权利要求1所述的一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，其特征在于，
所述腕带由三层主要结构组成；即直接贴合皮肤的内层，厚度为2～3mm；外层厚度为3～5mm，两者皆应由亲肤且具有弹性的绝缘材料构成；中间层材料为聚酰亚胺，作为柔性采集电路和预处理电路的基底；差分电极和参考电极与中间层上的铜金属盘通过导电胶连接，并通过内层上的孔露出，从而可以和皮肤接触；由于中间层不可发生拉伸形变，所以内层上的孔尺寸应稍大于各电极的尺寸，以保证内层和外层在发生弹性形变时织物电极可以在孔中左右滑动，不受挤压；中间层的上下宽度略小于内层和外层的上下宽度，使内层和外层可以在上下两侧边沿相连接，将中间层夹于内部，不会上下滑动。
3.根据权利要求1所述的一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，其特征在于，
中间层另一侧与差分电极对应设有前端电压跟随器，中间层的铜金属盘直接连接电压跟随器；考虑到电极与皮肤的接触阻抗较大，采集到的原始肌电需要尽快经过阻抗变换，才能有效避免引入外界信号的干扰，增加信噪比；所以采用电压跟随器和差分电极紧贴彼此，即有源电极配置；
导电泡棉被银纤维导电布料所包裹，并共同通过导电胶粘接到位于中间层的铜金属盘上，铜金属盘直接连接位于中间层另一侧的电压跟随器，从而实现了尽可能短的连接，减小干扰引入；银纤维导电布料既具有与皮肤良好的耦合性能，又具有优异的导电性，是制作织物电极的良好材料；导电泡棉具有较好的导电性和弹性，既能传导肌电信号，又能增加银纤维面料与皮肤的贴合度，保证信号的稳定，并且可以避免由于电极与皮肤之间相对滑动引入大量伪迹噪声。
4.根据权利要求1所述的一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，其特征在于，
信号经过电压跟随器的初级放大后，通过中间层上的印制线路进入信号调理、处理电路，进行带通滤波，工频陷波以及后级放大处理，并经AD采样后送入微处理器，进行后期的处理与分析。
5.根据权利要求1所述的一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，其特征在于，
导电胶可以选择铜粉导电胶或银粉导电胶，优选为银粉导电胶，因其电阻率更小。
6.根据权利要求1所述的一种基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带，其特征在于，
差分电极对数为n，优选n为4。
CN201910352986.1A 2019-04-29 2019-04-29 基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带 Pending CN109998542A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910352986.1A CN109998542A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910352986.1A CN109998542A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109998542A true CN109998542A (zh) 2019-07-12

Family

ID=67174868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910352986.1A Pending CN109998542A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109998542A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111820893A (zh) * 2020-06-24 2020-10-27 浙江大学 一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统
CN111857349A (zh) * 2020-07-28 2020-10-30 中国科学技术大学 一种带自修复和自校准功能的腕带式手势识别设备及方法
WO2021093789A1 (zh) * 2019-11-14 2021-05-20 深圳先进技术研究院 腕带式生物信号采集设备及其制作方法
TWI755201B (zh) * 2020-12-16 2022-02-11 財團法人紡織產業綜合研究所 上肢穿戴裝置
WO2022134081A1 (zh) * 2020-12-25 2022-06-30 深圳市韶音科技有限公司 用于肌电信号采集和处理的设备和方法
TWI819720B (zh) * 2022-07-26 2023-10-21 和碩聯合科技股份有限公司 穿戴件與其製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101741952A (zh) * 2009-12-10 2010-06-16 中国科学技术大学 盲人用移动电话交互系统及其装置
CN102824691A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 东南大学 基于肌电信号通信机理的瘫痪肢体功能重建方法及其装置
CN104586390A (zh) * 2014-12-18 2015-05-06 中国科学院深圳先进技术研究院 一种信息处理方法及相关设备
CN104850231A (zh) * 2015-05-25 2015-08-19 上海交通大学 一种基于表面肌电和肌音信号融合的人机接口系统
CN107198519A (zh) * 2017-06-30 2017-09-26 华南理工大学 一种新型吸汗织物电极
CN107374625A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 上海大学 有源点阵式柔性电极贴装置
US20180333107A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Rocket Business Ventures, S.A. de C.V. Non-invasive wearable device, process and systems with adjustable operation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101741952A (zh) * 2009-12-10 2010-06-16 中国科学技术大学 盲人用移动电话交互系统及其装置
CN102824691A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 东南大学 基于肌电信号通信机理的瘫痪肢体功能重建方法及其装置
CN104586390A (zh) * 2014-12-18 2015-05-06 中国科学院深圳先进技术研究院 一种信息处理方法及相关设备
CN104850231A (zh) * 2015-05-25 2015-08-19 上海交通大学 一种基于表面肌电和肌音信号融合的人机接口系统
US20180333107A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Rocket Business Ventures, S.A. de C.V. Non-invasive wearable device, process and systems with adjustable operation
CN107374625A (zh) * 2017-06-19 2017-11-24 上海大学 有源点阵式柔性电极贴装置
CN107198519A (zh) * 2017-06-30 2017-09-26 华南理工大学 一种新型吸汗织物电极

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021093789A1 (zh) * 2019-11-14 2021-05-20 深圳先进技术研究院 腕带式生物信号采集设备及其制作方法
CN111820893A (zh) * 2020-06-24 2020-10-27 浙江大学 一种便携的无线穿戴式肌肉运动信号采集系统
CN111857349A (zh) * 2020-07-28 2020-10-30 中国科学技术大学 一种带自修复和自校准功能的腕带式手势识别设备及方法
CN111857349B (zh) * 2020-07-28 2022-03-01 中国科学技术大学 一种带自修复和自校准功能的腕带式手势识别设备及方法
TWI755201B (zh) * 2020-12-16 2022-02-11 財團法人紡織產業綜合研究所 上肢穿戴裝置
WO2022134081A1 (zh) * 2020-12-25 2022-06-30 深圳市韶音科技有限公司 用于肌电信号采集和处理的设备和方法
TWI819720B (zh) * 2022-07-26 2023-10-21 和碩聯合科技股份有限公司 穿戴件與其製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109998542A (zh) 基于织物电极的多通道手部肌电采集腕带
Cerone et al. A modular, smart, and wearable system for high density sEMG detection
CN103315737B (zh) 佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环
Farina et al. High-density EMG E-textile systems for the control of active prostheses
KR102582824B1 (ko) 사용자의 근전도 신호 측정용 휴대용 장치, 시스템 및 방법
CN104739404A (zh) 一种可穿戴式生物电信号采集装置
WO2013155280A1 (en) Electrodes adapted for transmitting or measuring voltages through hair
CN107822629B (zh) 四肢表面肌电轴的检测方法
CN104027111B (zh) 一种两用电极及采用两用电极实现表面肌电提取及经皮电刺激的装置
CN205849452U (zh) 一种肌电检测服
CN107714036A (zh) 一种具有脑电信号采集系统的头带结构
CN109124628A (zh) 一种基于柔性有源电极的肌电采集装置
CN110913758A (zh) 用于emg信号获取的系统和方法
Sumner et al. Performances evaluation of textile electrodes for EMG remote measurements
WO2019043147A1 (en) CLOTHING FABRIC FOR READING AND WRITING MUSCLE ACTIVITY
Zhang et al. Using textile electrode EMG for prosthetic movement identification in transradial amputees
Andrews et al. Optimal electrode configurations for finger movement classification using EMG
Jiang et al. A highly usable and customizable sEMG sensor for prosthetic limb control using polypyrrole-coated nonwoven fabric sheet
WO2020056925A1 (zh) 皮肤干电极
Tam et al. A wearable wireless armband sensor for high-density surface electromyography recording
CN115444435A (zh) 基于高密度肌电采集阵列的咬合运动情况监测分析系统
CN205994970U (zh) 一种肌电反馈呼吸训练服
CN205827715U (zh) 一种生物反馈书法训练用护腕
CN205832393U (zh) 一种音乐与肌电反馈治疗服
Jeong et al. 2.5 D laser-cutting-based customized fabrication of long-term wearable textile sEMG sensor: from design to intention recognition

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190712