[发明专利]基于FSM的多自由度假手快速肌电编码控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及肌电假手控制领域，具体涉及基于FSM的多自由度肌电假手快速编码控制技术。

背景技术

肌电假手是一种利用人体前臂的肌肉电信号(Electromyography，EMG)作为控制信号源，通过某种信息解码策略，控制假手运动以实现抓取物体的康复装备。这种基于生物信号控制的肌电假手的优点是显而易见的，因为其利用残疾人残余的肌肉与神经进行控制，不需要额外的控制信号源，便于残疾人使用。对于肌电控制的多自由度假手，其操作范围和抓取能力远超之前的单自由度假手，然而，控制多自由度假手需要更为复杂的控制策略。

然而，现有基于肌电信号模式识别的肌电控制方法要求残疾人具有多块活动肌肉，这就限制了高位截肢患者使用，并且其控制效果容易受肌肉萎缩，皮肤与肌电电极之间阻抗变化影响。因此，基于肌电信号模式识别的肌电控制方法在实际使用中有很大的局限性。而且现有的基于状态转换的控制方式往往需要额外的开关进行状态切换，操作不便；现有的编码式肌电控制方法采用了基于信号种类和信号持续时间的状态切换方法，在实际使用中，残疾人难以精确掌控肌电信号的持续时间，导致状态切换出现错误并且状态切换所需时间长，而且每次开机都需要进行训练流程，不方便日常使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的肌电假手控制系统存在基于肌电信号模式识别的控制方式使用范围受限，控制效果不稳定，现有状态转换的控制方式操作不方便，控制方法难以精确掌控，状态转换准确率低且所需时间长的问题，从而提供基于FSM的多自由度假手快速肌电编码控制系统。

本发明所述的基于FSM的多自由度假手快速肌电编码控制系统，包括肌电信号电极1、LDA分类器22、编码模块23、运动控制模块24和训练模块26；

肌电信号电极1，用于采集使用者的肌电信号；

训练模块26，用于根据训练模式采集的肌电信号进行训练，得到分类器参数；

LDA分类器22，用于读取分类器参数，完成LDA分类器22的初始化，利用初始化后的LDA分类器22对采集的肌电信号进行分类，并将分类结果发送给编码模块23；

编码模块23，用于统计肌电信号的持续时间，根据持续时间对肌电信号进一步分类；

编码模块23采用状态机实现，具有两个工作状态：姿势选择状态和运动控制状态；进一步分类后的肌电信号对两个工作状态进行切换；

处于姿势选择状态时，用于根据进一步分类后的肌电信号产生姿势编码；

处于运动控制状态时，用于根据肌电信号设定运动方向；

运动控制模块24，根据编码模块23发送的姿势编码和运动方向对假手各个手指的运动进行规划并控制各个手指沿规划好的轨迹运动。

优选的是，LDA分类器22根据LDA分类算法将接收到的肌电信号分类为屈肌信号F、伸肌信号E、同步信号C和放松信号r。

优选的是，编码模块23将持续时间超过阈值T的F、E、C进一步分类为编码屈肌信号f、编码伸肌信号e、切换同步信号c，将持续时间不超过阈值T的F、E、C保持原来分类。

优选的是，当肌电信号的分类结果为切换同步信号c时，对编码模块23的工作状态进行切换，由当前的工作状态切换为另一个工作状态；切换为姿势选择状态后，编码堆栈清空；

当编码模块23处于姿势选择状态时，将肌电信号的分类结果送入一个深度为2的先进先出的编码堆栈中，则编码堆栈状态一共有7种，即空、f、e、ff、ee、fe、ef，7种编码堆栈状态即姿势编码对应7种预设的抓取姿势，分别为圆柱抓取、圆球抓取、三指捏取、侧边捏取、两指捏取、四指弯曲、食指指示；

当编码模块23处于运动控制状态时，编码模块23用于确定假手的运动方向，具体为：

当肌电信号的分类结果为编码屈肌信号f或者屈肌信号F时，则假手的运动方向为闭合方向；

当肌电信号的分类结果为放松信号r或者同步信号C时，则假手各手指保持当前位置；

当肌电信号的分类结果为编码伸肌信号e或者伸肌信号E时，则假手的运动方向为张开方向。

优选的是，还包括ADC转换模块21，所述肌电信号电极1包括信号采集模块11和信号处理模块12；

信号采集模块11，用于将接收到的原始肌电信号发送给信号处理模块12；

信号处理模块12，用于对接收到的原始肌电信号进行处理，得到可识别的肌电信号，并发送给ADC转换模块21；

ADC转换模块21，用于将表征肌电信号的模拟信号转换为数字信号，并发送给LDA分类器22和训练模块26。