基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统，包括肌电信号获取模块、肌电信号处理模块和人机交互模块，肌电信号获取模块包括肌电信号采集模块和肌电信号存储模块，肌电信号采集模块用于对人体前臂表面肌电信号进行采集，肌电信号存储模块用于存储人体前臂表面肌电信号；肌电信号处理模块用于提取表面肌电特征值，将表面肌电特征值进行模式识别，输出控制信号；人机交互模块，通过人机交互接口发送至四轴飞行器。本实用新型专利技术的有益效果是，本实用新型专利技术设备结构简单，对人机交互环境的要求较低；利用AR模型和BP神经网络获取控制信号，通过设置合理的AR模型阶数并采用BP神经网络进行分类，获取的控制信号更加准确，该系统具有较高识别率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及智能玩具控制
，尤其是一种基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统。
技术介绍
目前，肌电信号(Electromyography,简称EMG)是肌肉中运动单元的动作电位在时间和空间上的叠加，一定程度上反映了肌肉和神经的功能状态。表面肌电信号(Surface Electromyography--表面肌电)是肌电信号(肌肉运动模式)在人体皮肤表面的综合反映，是快捷无创检测肌肉活动的重要方法，包含了肌肉内运动神经元被激发的个数、神经电位传导速度等信息。表面肌电可区分肌肉不同的运动模式，在生物医学、生物机械等领域具有很好的应用价值。近年来，如何准确地获取识别分类表面肌电、实现高效的人机交互成为了国内外研究的热点。1999年，Englehart的团队采用时频分析的方法(如短时傅里叶变换、小波变换以及小波包等)提取出了肌电的特征信号。国内，上海交通大学和复旦大学合作展开了“神经的运动控制与控制信息源的研究”。其目的是提取神经信息，利用神经信息来控制电子假手。中国科学技术大学神经肌肉控制实验室自2006年以来，开始研究基于表面肌电信号的手势信号处理技术。在腕部动作的手势信号分类方面，前人可以给出粗略的分类结果，但在手指动作方面，前人的分类结果错误率在20％以上，有较大的改进空间。另一方面，在利用基于表面肌电信号的手势分类结果时，前人大多进行虚拟仿真而很少进行实际控制。现有技术中，手势的输入设备可分为基于数据手套的输入方式和基于图像识别的输入方式。基于数据手套的输入方式，虽然识别率较高，但是复杂的设备和高昂的费用限制了自身的应用。另一方面，基于图像识别的输入方式虽然成本比较低廉，但是实时性和识别率较低，对外界环境的光线，摄像头帧率和图像采集器布设位置等要求较高。本技术提出的基于前臂表面肌电信号的手势识别人机交互系统，设备简便，成本适中，对人机交互环境的要求较低，
具有较好的实时性和识别率，可以对四轴飞行器进行飞行控制。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统，包括肌电信号获取模块、肌电信号处理模块和人机交互模块，其中，所述肌电信号获取模块包括肌电信号采集模块和肌电信号存储模块，所述肌电信号采集模块，用于对人体前臂表面肌电信号进行采集，所述肌电信号存储模块，用于存储人体前臂表面肌电信号；所述肌电信号处理模块，用于读取肌电信号存储模块的人体前臂表面肌电信号，并提取表面肌电特征值，将表面肌电特征值进行模式识别，输出控制信号；所述人机交互模块，接收肌电信号处理模块输出的控制信号，通过人机交互接口发送至四轴飞行器。优选的，所述肌电信号采集模块包括肌电电极和依次连接的前端差分放大电路、陷波器和带通滤波器，所述肌电电极贴附在操作者肌臂上，所述前端差分放大电路设置于肌电电极上。通过采用前端差分放大电路，使得两级放大电路采用差分方式，可有效抑制共模干扰信号。进一步优选的，所述前端差分放大电路包括两级放大器和缓冲电路，分别为依次连接的第一级放大器、缓冲电路和第二级放大器。进一步优选的，所述第一级放大器型号为OPA2277且放大倍数为40，所述第二级放大器型号为AD620且放大倍数为20，输入端为差分方式。通过采用型号为OPA2277的第一级放大器且设置缓冲电路，可减少肌电信号源内阻对差分放大器影响，同时缓冲电路的设置使得第一级放大器只具有放大差模信号的作用，差分增益可通过调节缓冲电路来实现，通过采用型号为AD620第二级放大器，使得肌电信号采集模块具有优良的共模抑制能力。进一步优选的，所述陷波器的工作频率为50Hz，所述带通滤波器工作频率为10-1000Hz。优选的，所述基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提出的控制系统，设备结构简单，成本适中，对人机交互环境的要求较低；2.本专利技术提供的控制系统利用AR模型和BP神经网络获取控制信号，通过设置合理的AR模型阶数并采用BP神经网络进行分类，获取的控制信号更加准确，因此，该系统具有较高识别率，可以对四轴飞行器进行精确地飞行控制；3.本专利技术采用人机交互模块，充分提高了该系统运行地实时性。附图说明图1是本技术提供的基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统结构示意图；图2是本技术提供的肌电信号采集模块的结构示意图；图3是本技术提供的基于表面肌电信号的四轴飞行器控制方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。如图1所示，基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统，包括肌电信号获取模块、肌电信号处理模块和人机交互模块，其中，所述肌电信号获取模块包括肌电信号采集模块和肌电信号存储模块，所述肌电信号采集模块，用于对人体前臂表面肌电信号进行采集，所述肌电信号存储模块，用于存储人体前臂表面肌电信号；所述肌电信号处理模块，用于读取肌电信号存储模块的人体前臂表面肌电信号，并提取表面肌电特征值，将表面肌电特征值进行模式识别，输出控制信号；所述人机交互模块，接收肌电信号处理模块输出的控制信号，通过人机交互接口发送至四轴飞行器。如图2所示，所述肌电信号采集模块包括肌电电极和依次连接的前端差分放大电路、陷波器和带通滤波器，所述肌电电极贴附在操作者肌臂上，所述前端差分放大电路设置于肌电电极上。通过采用前端差分放大电路，使得两级放
大电路采用差分方式，可有效抑制共模干扰信号。进一步优选的，所述前端差分放大电路包括两级放大器和缓冲电路，分别为依次连接的第一级放大器、缓冲电路和第二级放大器。进一步优选的，所述第一级放大器型号为OPA2277且放大倍数为40，所述第二级放大器型号为AD620且放大倍数为20，输入端为差分方式。通过采用型号为OPA2277的第一级放大器且设置缓冲电路，可减少肌电信号源内阻对差分放大器影响，同时缓冲电路的设置使得第一级放大器只具有放大差模信号的作用，差分增益可通过调节缓冲电路来实现，通过采用型号为AD620第二级放大器，使得肌电信号采集模块具有优良的共模抑制能力。所述肌电信号采集模块的工作过程为，肌电电极采集人体前臂的表面肌电信号，前端差分放大电路对表面肌电信号进行放大处理，然后经陷波器和带通滤波器进行网络滤波得到滤波信号，该滤波信号传输至肌电信号处理模块。优选的，所述基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统基于上述表面肌电信号的四轴飞行器控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一：在操作者前臂上敷设电极，肌电信号采集模块采集前臂表面肌电信号，并将前臂表面肌电信号传输至肌电信号处理模块；步骤二：肌电信号处理模块获取前臂表面肌电信号，对前臂表面肌电信号进行预处理，并通过AR模型提取表面肌电特征值；步骤三：肌电信号处理模块对步骤二中的表面肌电特征值进行模式识别，获取控制信号；步骤四：人机交互模块接收控制信号，并通过人机交互接口将控制信号传输至执行机构，执行机构根据控制信号做出相应的动作。在表面肌电信号的特征提取领域，频域分析方法虽然拥有重要地位，但是它存在着很大缺陷。运用传统的傅里叶变换方法时，需要知道信号的全部时域信息，这一点很难满足要求；另外，信号的整本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统，其特征是，包括肌电信号获取模块、肌电信号处理模块和人机交互模块，其中，所述肌电信号获取模块包括肌电信号采集模块和肌电信号存储模块，所述肌电信号采集模块，用于对人体前臂表面肌电信号进行采集，所述肌电信号存储模块，用于存储人体前臂表面肌电信号；所述肌电信号处理模块，用于读取肌电信号存储模块的人体前臂表面肌电信号，并提取表面肌电特征值，将表面肌电特征值进行模式识别，输出控制信号；所述人机交互模块，接收肌电信号处理模块输出的控制信号，通过人机交互接口发送至四轴飞行器。

【技术特征摘要】
1.基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统，其特征是，包括肌电信号获取模块、肌电信号处理模块和人机交互模块，其中，所述肌电信号获取模块包括肌电信号采集模块和肌电信号存储模块，所述肌电信号采集模块，用于对人体前臂表面肌电信号进行采集，所述肌电信号存储模块，用于存储人体前臂表面肌电信号；所述肌电信号处理模块，用于读取肌电信号存储模块的人体前臂表面肌电信号，并提取表面肌电特征值，将表面肌电特征值进行模式识别，输出控制信号；所述人机交互模块，接收肌电信号处理模块输出的控制信号，通过人机交互接口发送至四轴飞行器。2.如权利要求1所述的基于表面肌电信号的四轴飞行器控制系统，其特征是，所述肌电信号采集模块包括肌电电极和依次连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡睿，刘宇飞，赵志国，高锋，靖向前，张进，
申请(专利权)人：泰山医学院，
类型：新型
国别省市：山东;37