[发明专利]一种肌电控制虚拟机器人假手仿真系统的方法

摘要

本发明提出一种肌电控制虚拟机器人假手仿真系统的方法，包括如下步骤：①对测试者右前臂进行数据采集；②用贴在相关前臂肌肉上方皮肤层的电极来采集肌电信号；③对肌电信号进行整流、放大和滤波的信号预处理；④对肌电信号进行特征提取，提取出肌电信号的稳态特征量；⑤将采集好的稳态特征量分割为训练集和测试集，利用训练集训练选择好的分类器，然后对测试集的信号进行分类；⑥将进行信号分类过程之后的信号数据传递至后处理环节；⑦信号后处理后，即为控制命令信号，将其发送至虚拟手仿真系统；⑧机器人假手仿真系统中的虚拟手，承担起视觉反馈的作用，将虚拟手的实时状态反馈给大脑；⑨使用者通过视觉反馈来判断该手部动作是否为设想的动作。

主权项

1.一种肌电控制虚拟机器人假手仿真系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：①对若干健康测试者的右前臂进行数据采集；②用贴在相关前臂肌肉上方皮肤层的电极来采集表面肌电信号：采集的上臂肌肉包括食指固有伸肌、指伸肌、拇长展肌、拇短伸肌、拇长伸肌、拇长屈肌以及指深屈肌，所述电极的数量为十个，考虑到上臂肌肉的纵向分布，先按照上臂后侧的整体长度，几何等分为三个部分，然后在每个部分贴上两个电极，其余四个电极贴在前臂的前侧，其中两个贴在拇长屈肌上，另外两个电极贴在靠手腕侧；③表面肌电信号采集处理：基站接收到传感器通过专有无线通信协议传来的肌电信号流，将其通过标准的USB口连接到负责数据采集的台式电脑中，数据是在室温23℃和湿度20‑30％的情况下采集，为了获得重复性数据的测试者数据，每一个测试者的姿势都是可重复的，每个测试者都是采取坐姿，他们的手臂与桌面呈垂直角度，这样他们的姿势能够在整个实验过程中不被改变，整个实验分为离线训练模型和在线测试两个阶段，在离线测试阶段，所有测试者在数据采集之前都要看每一个多手指动作的照片，他们需要练习目标的运动，以便将动作执行正确，离线训练模型阶段每一个动作都有两个试验，每个实验都是持续100秒，测试者须将每个多手指动作保持4秒钟，然后放松4秒钟，共重复12次，不同组次的试验中间都需要休息1分钟，每个动作之间需要休息2分钟，在在线测试阶段，测试者随机执行训练过的多指动作，每一个动作都需保持15秒，离线训练的数据每一个4秒的数据，只截取中间的3秒，肌电信号以200ms为单位划分滑动窗口，增量窗口的长度设定为81ms；④对表面肌电信号进行整流、放大和滤波的信号预处理；⑤经过信号预处理后，对肌电信号进行特征提取，提取出肌电信号的稳态特征量；⑥将采集好的肌电信号稳态特征量分割为训练集和测试集，利用训练集训练选择的好的分类器，然后对测试集的信号进行分类；⑦将进行信号分类过程之后的信号数据传递至用于消除破坏性的跳跃和使控制假手的信号数据足够平滑的后处理工作环节；⑧信号后处理之后，即为控制命令信号，将其发送至虚拟手仿真系统中；⑨虚拟机器人假手仿真系统中的虚拟手，承担起视觉反馈的作用，将虚拟手的实时状态反馈给使用者的大脑；⑩使用者通过视觉反馈来判断手部动作是否为设想的手部动作，如有差别，需调整肌肉动作，使设想动作与实际分类出的动作保持一致，达到利用虚拟机器人假手仿真系统进行训练的目的。