一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统技术方案

一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，涉及生机电一体化技术领域。本发明专利技术是为了解决现有采集人体肌肉电信号的方法在假肢应用中，肌电信号容易发生漂移，导致识别的精度和准确度下降的问题。本发明专利技术所述的一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，能够同时采集人体前臂表面肌电信号和近红外信号，利用表面肌电信号和近红外信号包含的人体运动信息进行解码，基于模式识别，识别出动作。提高假肢控制的准确性和抗干扰能力。本发明专利技术适用于为智能假肢提供人体肌肉的生机信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生机电一体化

技术介绍
表面肌电信号是肌肉纤维动作电位经过肌肉、皮下组织、皮肤等滤波作用，时间和空间上叠加形成的。目前绝大多数商业假肢的控制，是用表面肌电电极采集人体前臂的肌肉电信号(Electromyography，EMG)作为信号源，对肌肉电信号包含的信息基于一定策略进行解码，识别出人的控制意图，对假肢进行控制。在实际的假肢应用中，长时间使用会使，肌电信号容易发生漂移，导致识别的精度和准确度下降。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有采集人体肌肉电信号的方法在假肢应用中，肌电信号容易发生漂移，导致识别的精度和准确度下降的问题，现提供一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统。一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，它包括：多个采集节点103和数据汇聚单元104；采集节点103包括：表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块、无线传输和信号处理模块、电源管理模块和电池模块；表面肌电信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，功能性近红外信号采集模块用于采集入射到人体皮肤组织并经肌肉组织反射或散射的近红外光谱，表面肌电信号采集模块的表面肌电信号输出端连接无线传输和信号处理模块的表面肌电信号输入端，功能性近红外信号采集模块的近红外信号输出端连接无线传输和信号处理模块的近红外信号输入端，无线传输和信号处理模块将信号通过蓝牙传输的方式发送至数据汇聚单元104，电池模块的电压信号输出端连接电源管理模块的电压信号输入端，电源管理模块分别为表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块和无线传输和信号处理模块供电。表面肌电信号采集模块包括：多个肌电电极201、前置放大电路202、二阶高通滤波电路203、四阶低通滤波电路204、有源双T陷波电路205和一号电压抬升模块206；功能性近红外信号采集模块包括：LED驱动电路208、多波长LED209、光探测器210、二阶低通滤波电路211和二号电压抬升模块212；无线传输和信号处理模块为蓝牙4.1MCU 207，该蓝牙4.1MCU207中包括：A/D转换单元、驱动单元和RF射频单元；多个肌电电极201分别用于采集人体不同位置的表面肌电信号，多个肌电电极201的表面肌电信号输出端同时连接前置放大电路202的表面肌模拟信号输入端，前置放大电路202的放大信号输出端连接二阶高通滤波电路203的放大信号输入端，二阶高通滤波电路203的高通滤波信号输出端连接四阶低通滤波电路204的高通滤波信号输入端，四阶低通滤波电路204的低通滤波信号输出端连接有源双T陷波电路205的低通滤波信号输入端，有源双T陷波电路205双T陷波信号输出端连接一号电压抬升模块206的双T陷波信号输入端，驱动单元的驱动信号输出端连接LED驱动电路208的驱动信号输出端，LED驱动电路208的LED驱动信号输出端连接多波长LED的LED驱动信号输入端，多波长LED发出的多波长LED光照射在人体皮肤表面，光探测器210用于采集人体皮肤表面发射和散射的多波长LED光，光探测器210的信号输出端连接二阶低通滤波电路211的信号输入端，二阶低通滤波电路211的低通滤波信号输出端连接二号电压抬升模块212的低通滤波信号输入端，一号电压抬升模块206的模拟信号输出端和二号电压抬升模块212的模拟信号输出端同时连接A/D转换单元的模拟信号输入端，A/D转换单元的数字信号输出端连接RF射频单元的数字信号输入端。本专利技术所述的一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，能够同时采集人体前臂表面肌电信号和近红外信号，利用表面肌电信号和近红外信号包含的人体运动信息进行解码，基于模式识别，识别出动作。提高假肢控制的准确性和抗干扰能力。附图说明图1为一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统的整体结构示意图；图2为采集节点的内部结构示意图；图3为肌电电极与前置放大电路之间的具体连接结构示意图；图4为功能性近红外信号采集模块与无线传输和信号处理模块的具体连接结构示意图；图5为充电基座的结构示意图；图6为电路板与屏蔽层之间的位置示意图；图7为采集节点外壳的结构示意图；图8为采集节点与数据汇聚单元通讯的时序示意图；图9为腕带的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，它包括：多个采集节点103和数据汇聚单元104；采集节点103包括：表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块、无线传输和信号处理模块、电源管理模块和电池模块；表面肌电信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，功能性近红外信号采集模块用于采集入射到人体皮肤组织并经肌肉组织反射或散射的近红外光谱，表面肌电信号采集模块的表面肌电信号输出端连接无线传输和信号处理模块的表面肌电信号输入端，功能性近红外信号采集模块的近红外信号输出端连接无线传输和信号处理模块的近红外信号输入端，无线传输和信号处理模块将信号通过蓝牙传输的方式发送至数据汇聚单元104，电池模块的电压信号输出端连接电源管理模块的电压信号输入端，电源管理模块分别为表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块和无线传输和信号处理模块供电。本实施方式中，表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块、无线传输和信号处理模块、电源管理模块和电池模块均位于硬质外壳内。如图6所示，表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块、电源管理模块和电池模块均位于同一块印制电路板604上，无线传输和信号处理模块位于另一块印制电路板602上，两块印制电路板通过插座连接，且两块电路板之间有镍银金属屏蔽层603，601表示锂电池，200mAh，电压7.4V，用于为多个采集节点103供电。锂电池与采集节点外壳上的铜质触点连接，采集节点在充电基座充电时，外壳上的铜质触电与基座相应的触点接触，进行充电；近红外光源由锂电池直接供电，电路中其他芯片的供电电压由REG113转换为3.3V，由ICL7660转换为-3.3V。在实际应用时，多个采集节点103可通过腕带或双面胶带固定在人体上。所述腕带的结构如图9所示，包含8个采集电极安装位，901为采集节点安放槽，902为安放位置间隙，腕带的材料为聚亚安酯，具有弹性，增加伸缩性，能够适应不同粗细的手臂。双面胶带能够将采集电极黏贴在皮肤表面，材料为无纺布。数据汇聚单元104将信号发送至PC或智能假肢。数据汇聚单元104通过USB与PC通信；数据汇聚单元104通过UART(通用异步收发传输器)与智能假肢通信。如图8所示，设采集节点为6个，6个采集节点采用时分多址的方式，由数据汇聚中心发出同步时钟信号，处于接收状态，采集节点处于广播状态，节点接收到时钟信号以后，产生延迟，按照时序将数据发送给数据汇聚中心(即数据汇聚单元104)，数据汇聚中心可通过USB与电脑连接进行前期训练或数据处理，可通过UART与假肢连接控制假肢。近红外光谱方法(NIRS)是近些年来发展起来的非侵入式、无损检测的方法，近红外光对人体组织有较强的穿透能力，当近红外光进入人体组织被吸收和散射后，可得到对应的反射和投射光谱，这种光谱携带了人体组织中多种成分信息，可以提取出人体肌肉运动信息，用于假肢控制，联合表面肌电与功能性近红外光谱用以提高假肢控制中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，其特征在于，它包括：多个采集节点(103)和数据汇聚单元(104)；采集节点(103)包括：表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块、无线传输和信号处理模块、电源管理模块和电池模块；表面肌电信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，功能性近红外信号采集模块用于采集入射到人体皮肤组织并经肌肉组织反射或散射的近红外光谱，表面肌电信号采集模块的表面肌电信号输出端连接无线传输和信号处理模块的表面肌电信号输入端，功能性近红外信号采集模块的近红外信号输出端连接无线传输和信号处理模块的近红外信号输入端，无线传输和信号处理模块将信号通过蓝牙传输的方式发送至数据汇聚单元(104)，电池模块的电压信号输出端连接电源管理模块的电压信号输入端，电源管理模块分别为表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块和无线传输和信号处理模块供电。

【技术特征摘要】
1.一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，其特征在于，它包括：多个采集节点(103)和数据汇聚单元(104)；采集节点(103)包括：表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块、无线传输和信号处理模块、电源管理模块和电池模块；表面肌电信号采集模块用于采集人体表面肌电信号，功能性近红外信号采集模块用于采集入射到人体皮肤组织并经肌肉组织反射或散射的近红外光谱，表面肌电信号采集模块的表面肌电信号输出端连接无线传输和信号处理模块的表面肌电信号输入端，功能性近红外信号采集模块的近红外信号输出端连接无线传输和信号处理模块的近红外信号输入端，无线传输和信号处理模块将信号通过蓝牙传输的方式发送至数据汇聚单元(104)，电池模块的电压信号输出端连接电源管理模块的电压信号输入端，电源管理模块分别为表面肌电信号采集模块、功能性近红外信号采集模块和无线传输和信号处理模块供电。2.根据权利要求1所述的一种应用于假肢控制的多源生机信号采集系统，其特征在于，表面肌电信号采集模块包括：多个肌电电极(201)、前置放大电路(202)、二阶高通滤波电路(203)、四阶低通滤波电路(204)、有源双T陷波电路(205)和一号电压抬升模块(206)；功能性近红外信号采集模块包括：LED驱动电路(208)、多波长LED(209)、光探测器(210)、二阶低通滤波电路(211)和二号电压抬升模块(212)；无线传输和信号处理模块为蓝牙4.1MCU(207)，该蓝牙4.1MCU(207)中包括：A/D转换单元、驱动单元和RF射频单元；多个肌电电极(201)分别用于采集人体不同位置的表面肌电信号，多个肌电电极(201)的表面肌电信号输出端同时连接前置放大电路(202)的表面肌模拟信号输入端，前置放大电路(202)的放大信号输出端连接二阶高通滤波电路(203)的放大信号输入端，二阶高通滤波电路(203)的高通滤波信号输出端连接四阶低通滤波电路(204)的高通滤波信号输入端，四阶低通滤波电路(204)的低通滤波信号输出端连接有源双T陷波电路(205)的低通滤波信号输入端，有源双T陷波电路(205)双T陷波信号输出端连接一号电压抬升模块(206)的双T陷波信号输入端，驱动单元的驱动信号输出端连接LED驱动电路(208)的驱动信号输出端，LED驱动电路(208)的LED驱动信号输出端连接多波长LED的LED驱动信号输入端，多波长LED发出的多波长LED光照射在人体皮肤表面，光探测器(210)用于采集人体皮肤表面发射和散射的多波长LED光，光探测器(210)的信号输出端连接二阶低通滤波电路(211...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜力，刘凯，樊绍巍，郭闯强，杨威，张华杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23