CN112618257A - 一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，包括以下具体步骤：1)将表面检测电极贴在相关肌肉的体表皮肤上，采集患者健侧肢体运动相关肌肉上产生的对应肌电信号；2)通过信号发生系统，信号发生系统集成有信号放大电路、滤波电路和电压电流转换电路，将步骤1)采集到的肌电信号转换成驱动外骨骼电机系统的脉冲序列波形；3)被控偏瘫肢体通过外骨骼电机系统，对相关的电机输入步骤二获得的脉冲序列信号，并以PWM形式控制外骨骼带动偏瘫肢体运动。本发明的优点为：通过信号发生系统控制外骨骼电机系统相比模式识别算法具有较高的实时性，充分利用偏瘫患者健侧肢体的运动功能，实现自主恢复。
Description
技术领域
本发明涉及康复骨骼领域，特别涉及一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法。
背景技术
偏瘫患者因偏瘫一侧肢体丧失运动功能会给自身以及家庭带来沉重负担，偏瘫一侧肢体的运动功能重建一直是医学上的研究热点。外骨骼作为一种新兴的康复技术已在康复训练中被广泛使用，如瑞士Hocoma公司的Lokomat系统和以色列ReWalk公司的下肢外骨骼产品。然而，这些系统只能提供被动的康复模式，不能很好地利用健侧肢体进行主动的康复训练。对于偏瘫患者来说，健侧肢体的肌肉、神经纤维是具有良好活性的，可以在康复训练中提供辅助作用。
目前基于肌电信号控制外骨骼系统的专利思路是将肌电信号采集，经放大、滤波处理后通过模式识别算法生成控制信号，从而驱动外骨骼系统产生相应运动。但是现在的控制系统反应速度不容易同步，也很难自适应控制外骨骼电机系统参数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，通过信号发生系统控制外骨骼电机系统相比模式识别算法具有较高的实时性，充分利用偏瘫患者健侧肢体的运动功能，实现自主恢复。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，所述系统包括电压跟随器、低通滤波器、仪表放大器、高通滤波器及电压电流转换电路；
所述方法包括以下具体步骤：
1)将表面检测电极贴在相关肌肉的体表皮肤上，采集患者健侧肢体运动相关肌肉上产生的对应肌电信号；
2)通过信号发生系统，信号发生系统集成有信号放大电路、滤波电路和电压电流转换电路，将步骤1)采集到的肌电信号转换成驱动外骨骼电机系统的脉冲序列波形；
3)被控偏瘫肢体通过外骨骼电机系统，对相关的电机输入步骤二获得的脉冲序列信号，并以PWM形式控制外骨骼带动偏瘫肢体运动。
作为改进，所述信号发生系统包括电压跟随器和仪表放大器。
作为改进，所述电压跟随器、低通滤波器、仪表放大器、高通滤波器及电压电流转换电路串接在一起。
作为改进，当健侧肢体所做的动作为伸臂运动时，所述体表电极设置于肱二头肌。
本发明的有益效果为：
本发明通过信号发生系统控制外骨骼电机系统相比模式识别算法具有较高的实时性，充分利用偏瘫患者健侧肢体的运动功能，实现自主恢复；电压跟随器能够平衡信号源输出阻抗大与仪表放大电路输入阻抗小之间的问题，以确保肌电信号有效传播；仪表放大器以差分形式降低外界共模噪声干扰；高通滤波器以交流耦合的形式对肌电信号进行滤波，减少了器件数量；电压电流转换电路将经过放大滤波后的电压信号转换成电流信号施加在电机驱动器上以实现电机随着肌电信号的产生而运动，使得外骨骼以贴合人体的形式运动，让患者患侧肢体得到更好的主动式康复训练。
附图说明
图1为本发明的健侧肌肉电信号的外骨骼电机系统控制方法示意图。
图2为本发明的电压电流转换电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，所述系统包括电压跟随器(IOP1、IOP2)、低通滤波器(C1、C2、C3、R8、R9)、仪表放大器(IOP3)、高通滤波器(IOP6、R7、C4)及电压电流转换电路(R2、R3、R4、R5、R6、IOP4、IOP5)且上述部件或者电路串联在一起；
所述方法包括以下具体步骤：
1)将表面检测电极贴在相关肌肉的体表皮肤上，采集患者健侧肢体运动相关肌肉上产生的对应肌电信号；
2)通过信号发生系统，信号发生系统集成有信号放大电路、滤波电路和电压电流转换电路，将步骤1)采集到的肌电信号转换成驱动外骨骼电机系统的脉冲序列波形；放大电路包含电压跟随器和仪表放大器，由于肌电的信号源阻抗高，仪表放大器输入阻抗低，所以本发明将电压跟随器作为缓冲级加入到放大器模块中以实现肌电信号有效传输。仪表放大器是为了有效实现差分放大输入形式以降低共模干扰；
3)被控偏瘫肢体通过外骨骼电机系统，对相关的电机输入步骤二获得的脉冲序列信号，并以PWM形式控制外骨骼带动偏瘫肢体运动。
所述电压跟随器、低通滤波器、仪表放大器、高通滤波器及电压电流转换电路串接在一起。
当健侧肢体所做的动作为伸臂运动时，所述体表电极设置于肱二头肌。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，其特征在于，所述系统包括电压跟随器、低通滤波器、仪表放大器、高通滤波器及电压电流转换电路；
所述方法包括以下具体步骤：
1)将表面检测电极贴在相关肌肉的体表皮肤上，采集患者健侧肢体运动相关肌肉上产生的对应肌电信号；
2)通过信号发生系统，信号发生系统集成有信号放大电路、滤波电路和电压电流转换电路，将步骤1)采集到的肌电信号转换成驱动外骨骼电机系统的脉冲序列波形；
3)被控偏瘫肢体通过外骨骼电机系统，对相关的电机输入步骤二获得的脉冲序列信号，并以PWM形式控制外骨骼带动偏瘫肢体运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，其特征在于：所述信号发生系统包括电压跟随器和仪表放大器。
3.根据权利要求2所述的一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，其特征在于：所述电压跟随器、低通滤波器、仪表放大器、高通滤波器及电压电流转换电路串接在一起。
4.根据权利要求1所述的一种基于健侧肢体肌电信号的外骨骼电机系统控制方法，其特征在于：当健侧肢体所做的动作为伸臂运动时，所述体表电极设置于肱二头肌。
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| CN112999056A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-06-22 | 四川千里倍益康医疗科技股份有限公司 | 电动按摩器及其基于加速度的骨骼识别方法 |
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