基于肌電信號識別的無線智能控制系統(tǒng)

邢路寬+梁恒諾+王秉琪

摘 要：文中設(shè)計(jì)了一款基于肌電信號識別的無線智能控制系統(tǒng)，可有效將人體生物電信號作為信號源，通過無線傳輸并識別后，轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識別的控制信號，具有使用方便，易于維修等特點(diǎn)，可大大提高人們生活的舒適指數(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：肌電信號；無線；智能

0 引 言

無線肌電智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)受到當(dāng)下流行的智能硬件啟發(fā)。將人體生物電信號作為信號源，通過無線傳輸并識別后，轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識別的控制信號。

整體控制方式根據(jù)人體不同動作控制，更加貼合人體本身的自然反應(yīng)，相比市場上傳統(tǒng)的控制方式，讓人與環(huán)境交流更加簡單自然；對于前臂部分完好的殘疾人，也可以正常使用，無需添加輔助設(shè)備，可以作為很好的康復(fù)醫(yī)療器械使用，廣泛適用于各類不同人群，相應(yīng)的市場潛力大；受控制物品不需復(fù)雜改造，整體系統(tǒng)建立方便、簡單，易于維修，使用人員不需要提前培訓(xùn)就可直接使用，使人體能夠更加直觀的控制周圍的電器。

通過與生活中各種電器的配合，建立一套完整的無線肌電控制系統(tǒng)，可大大提高人們生活的舒適指數(shù)。

1 工作原理

通過4個(gè)通道對5個(gè)動作進(jìn)行前臂肌電表面信號采集，然后進(jìn)行預(yù)處理。每個(gè)通道選取8個(gè)時(shí)域參數(shù)作為EMG信號的特征參數(shù)，分別為平均絕對值、平均斜率絕對值、威爾遜幅值、方差、過零率、符號改變斜率、波長和均方根，通過DAG-SVM方法對樣本進(jìn)行分類，分類識別后得到相應(yīng)動作，根據(jù)動作協(xié)議通過無線傳輸控制指令。傳輸至電腦后，則進(jìn)入電腦界面端控制識別指令。智能小車的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)澐譃樗膶樱謩e為前臂表面肌電信號感知層，肌電信號分析層，智能小車運(yùn)動控制層，小車硬件層（硬件支撐）。系統(tǒng)原理圖如圖1所示，測試示意圖如圖2所示。

（1）前臂表面肌電信號感知層：選擇人體右前臂表面4個(gè)位置，在完成6個(gè)動作時(shí)將發(fā)出的表面肌電信號收集并保存。

（2）肌電信號分析層：將所獲取的肌電信號轉(zhuǎn)入Matlab數(shù)學(xué)矩陣分析軟件進(jìn)行分析。通過預(yù)處理，濾除噪聲，提取特征值后進(jìn)行分類識別，后將分類識別的結(jié)果通過無線模塊傳輸發(fā)送給智能小車的主控芯片。

（3）智能小車控制層：小車主控芯片收到肌電信號分析層所得出的分類識別結(jié)果后，按照提前制定的通訊協(xié)議執(zhí)行指令，之后對電機(jī)驅(qū)動板輸出控制電平，最終讓電機(jī)驅(qū)動板驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動，帶動小車完成動作。信號處理流程如圖3所示。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

通過研究肌電信號，利用分類器加以區(qū)分，控制小車及其生活中的電器，省去了傳統(tǒng)復(fù)雜的控制方式，將簡單的生物動作與簡單的控制理論相聯(lián)系，操作控制方式簡單快捷，可以廣泛推廣，并通過廣泛收集數(shù)據(jù)，將此類控制方法的可靠性大大提升。本項(xiàng)目以生物動作做為信號源控制小車動作，構(gòu)建了一種新的控制模式，并且是國內(nèi)外前沿科學(xué)問題，尚未有成熟的研究經(jīng)驗(yàn)與成果，創(chuàng)新性強(qiáng)；肌電信號研究在生物工程學(xué)，臨床醫(yī)學(xué)，恢復(fù)醫(yī)學(xué)方面都有極大的研究應(yīng)用與潛在價(jià)值，具有巨大的研究潛力與研究價(jià)值。

3 市場前景

在改革開放之后，隨著人們的生活水平不斷提高，對生活舒適度的要求越來越高。大量的市場需求使中國的科技行業(yè)迅猛崛起，科技行業(yè)總產(chǎn)值和銷售額都增長迅速?，F(xiàn)在國內(nèi)的科技市場已能夠?yàn)槿藗兲峁┐罅康氖謾C(jī)，電腦，在數(shù)量上滿足人們的需求。但并不能從根本上滿足對人們生活舒適度的追求。本作品以肌電控制方法為核心技術(shù)，與傳統(tǒng)型控制方式相比，能用人體對生活中常用電器的進(jìn)行控制，更加適合生活中使用，讓人們生活更加舒適便捷，市場前景良好。