文档介绍：浙江大学计算机科学与技术学院
博士学位论文
基于肌电信号的人体下肢运动信息获取技术研究
姓名:吴剑锋
申请学位级别:博士
专业:数字化艺术与设计
指导教师:孙守迁
20080701
摘要在现实社会中,受到各种主观和客观因素的限制,人的肢体可能会失去部分或全部的行动能力,这不仅影响病患的心理和生理,同时带来复杂的社会问题。如何帮助行动受限的人群恢复其独立生活的能力,已经成为当今医疗康复和养老助残等领域的重要研究课智能肢体动作辅助系统可以有效改善或解决这一问题,其基本目标是:在增强人类现使用者的肢体运动信息成为目前急需解决的问题。本文重点关注下肢运动,以能够直接反矩的计算以及“外现”⒒袢〖际醴椒ḿ捌浞⒄,不同的下肢动作模式对应不同的肌肉兴奋时间和兴奋程度,为后文的运动信息获取提供芯炕谥С窒蛄慷嘣7掷嗟南轮硕J绞侗鸺际酰菏紫龋骰诩〉缧藕的下肢动作模式识别的目标及难点;其次,在实验研究的基础上,对肌电信号特据流分割”和“移动窗”的概念,降低计算复杂度,提高算法的鲁棒性;在识别算法的建立上,提出基于核聚类简化的支持向量多元分类改良算法;最后,以下肢动作模式识别实验来验证算法的有效性。芯炕诩〉缧藕诺募∪饬凸亟诹卦げ饧际酰菏紫龋缘鼻盎诩〉缧畔⒌肌肉力和关节力矩算法进行分析,指出基于单块肌肉受激行为生理特征的肌肉力和关节力矩计算方法的优点;其次,建立基于肌肉生理模型、肌肉骨骼几何模型和多刚体动力学模型三个层次的人体力学分析模型;然后,提出基于肌肉力一电关系的肌肉力和关节力矩预测模型;,保留人的灵活性和直接操作的感觉。因此如何有效而精确地实时获取映人体肌肉功能状态的肌电信号为手段,对人体动作实现的“内因”一一肌肉力和关节力论文的主要研究内容包括:优点及不足之处,阐述本文的研究方法和内容。ü笛檠芯坎煌轮ǘ髂J接爰〉缧畔⒌亩杂叵担豪枚鞑痘裣低郴袢下肢运动过程中关节角度变化;利用肌电信号分析相关肌肉活动情况,对起立、了实践基础。征提取做分析,并建立模式识别的特征向量空间;另外,在识别策略上采用“数题。浙江大学博士学位论文
关键词:运动信息;肌电信号;特征提取;模式识别;肌肉力;关节力矩;智能辅助迪忠桓龌诩〉缧藕诺脑硕畔⒓觳庥敕蠢≡拖低常宰灾骺7⒌睦夏耆似立辅助座椅进行功能分析和评价,并验证本文所提出的理论、
瓼苅锄鷈咖锄鷈咖册“内铆鱠絩印畁腩觫觯畁齝臼锄伽印ⅱ鬭眑柏甋瑃锄琧甋痶口卸柚觔謉秏’内,.’..—魌.’甧佗佗¨.—畇,、.坞仃¨卜瑃畂,、Ⅳ佗..甌硒
啪甌鰂;,—.甀.;Ⅵ
插图和附表清单图神经一肌肉系统组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图论文框架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯..表面肌电分析系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯鞑痘裣低场图实验辅助楼梯道具⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图动作捕获标识点安放位置示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图肌肉选取及电极安放位置示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图下肢运动实验示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯皇上楼梯动作关节角度及相关肌肉浠媛墒疽馔肌图基于足底压力和表面肌电信号的下肢动作模式识别方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯图最优分类超平面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图输入空间映射到特征空间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图多级,掷嗥鞯湫头桨浮纸狻图贡献率最大的十个主元在总贡献率的比重⋯..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图贡献率最大的前二十个主元累积贡献率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图具有两个运动神经控制单元的肌肉块示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图被试鞴讨泄亟诮嵌燃肮芍奔〖〉缧藕疟浠疽馔肌图皇起立动作关节角度及相关肌肉浠媛墒疽馔肌图皇常速行走动作关节角度及相关肌肉浠媛墒疽馔肌图皇下楼梯动作关节角度及相关肌肉浠媛墒疽馔肌图多分类问题求解举例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图基于数据流分割和移动窗概念的模式识别策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图被试次连续动作过程实验中关节角度及股直肌肌电信号变化示意图..图皇第瘟鞴淌笛橹泄亟诮嵌燃肮芍奔〖〉缧藕疟浠疽馔迹图图起立过程慵〉缧藕诺腗浙江大学博士学位论文
图轮ǘ髂J绞侗鹆鞒掏肌图皇下肢动作模式识别结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯皇下肢动作模式识另峁图皇下肢动作模式识别结果图示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图肌肉应激产生力和力矩的过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图人体力学分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图正常人