[发明专利]基于肌肉协同的上肢多关节同步比例肌电控制方法与系统

摘要

本发明公开了基于肌肉协同的上肢多关节同步比例肌电控制方法与系统，所述方法包括：首先对关节运动相关肌群的表面肌电信号进行采集并预处理，根据肌肉协同收缩模型，提供一种半监督式的非负矩阵分解协同分析方法对肌电信号进行解耦，有效提取关节运动相关的肌肉协同元及其激活系数序列；其次通过支持向量回归构建激活系数和关节角度的协同激活模型，并采用头脑风暴算法对模型参数进行优化选择，实现上肢多个关节运动角度信息的同步估计；最后结合多自由度并行比例肌电控制策略，构建基于肌肉协同的上肢多关节同步比例肌电控制系统，将估计的多关节运动角度信息转化为康复辅助设备多自由度的运行位移，为康复辅助设备提供流畅稳定的运动控制指令。

主权项

1.一种基于肌肉协同的上肢多关节同步比例肌电控制方法，其特征在于，包括：S1，对于上肢腕关节和肘关节的单独屈伸运动和同步屈伸运动过程中的表面肌电信号进行采集，并对采集的信号进行预处理；S2，采用一种半监督式非负矩阵分解方法进行肌肉协同分析，具体包括：S21，肌肉激活度提取，对预处理之后的表面肌电信号计算积分肌电值IEMG作为肌肉激活度矩阵f(E)；S22，根据肌肉协同理论构建肌肉协同模型f(E)N×T＝WN×K×H(t)K×T；设定单个关节屈伸运动的协同元个数为2，对单独腕关节运动时的肌肉激活度进行NMF分解，得到两个肌肉协同元W1,W2；对单独肘关节运动时的肌肉激活度进行NMF分解，得到两个肌肉协同元W3,W4；其中，Wi＝[w1i,w2i,…,wNi],(i＝1,2,3,4)，wni(n＝1,2,...,N)代表第n块肌肉对第i个肌肉协同元Wi的贡献度；取多组肌电信号样本，多次计算Wi，并分别对每个Wi的多组计算结果取均值处理，最终得到的四个Wi(mean)按列组合即可获得作为监督元的总体肌肉协同元矩阵W＝[W1(mean) W2(mean) W3(mean) W4(mean)]；S23，利用H(t)＝W+·f(E)提取出激活系数序列，式中W+为协同元矩阵W的M‑P逆；S3，通过支持向量回归分别构建上肢腕关节和肘关节的激活系数序列和关节角度信息的协同激活模型，利用所述协同激活模型对上肢运动过程中腕关节和肘关节的角度进行同步估计。