假肢手恒定力量输出的电刺激诱发肌电反馈控制策略实验研究

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1、假肢手恒定力量输出的电刺激诱发肌电反馈控制策略实验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：郭宇峰指导教师：侯文生教授专业：生物医学工程学科门类：工学重庆大学生物工程学院二O一六年四月FeedbackControlofProstheticHandStableForceOutputwithEvokedEMGAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByGuoYufengS

2、upervisedbyProf.HouWenshengSpecialty:BiomedicalEngineeringCollegeofBioengineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016中文摘要摘要手是人类最灵活的运动器官之一。对于前臂截肢患者而言，手部功能的缺失不仅会严重影响了患者的日常生活质量，而且会产生较大的心理创伤。为了肢体残疾人士能更好的融入社会，安装假肢是帮助他们补偿运动功能最有效的途径。其中，肌电假肢手以其控制灵活、使用方便以及直感性强的特点，成为现代上肢假

3、肢中研究和使用最广泛的一种。抓取动作是人手的重要运动功能之一，其中稳定抓握是日常生活中需要完成的一种常见任务；但是由于目前的商业化假肢手大都缺乏反馈信息，患者无法实时感知假手运动状态与环境信息，在因注意力分散、疲劳等因素引起输出力量发生变化进而导致被握物体松动甚至滑落时，无法及时做出反应握稳物体，严重制约了假肢手的使用。为此，本文设计了一种基于电刺激诱发肌电的假肢手反馈控制策略，以实现假肢手的稳定抓握。注意力分散可引起肌电信号波动进而影响假肢手力量输出。为探索注意力分散影响稳定抓握的理论机制，本文设计了注意力分散实验分析注意力分散对稳定抓握

4、时屈肌活动情况的影响。首先基于VC++6.0/MFC平台设计了注意力分散模拟器，在此基础上设计注意力分散任务；并将其作用于稳定抓握过程中，用来模拟肌电假肢用户因注意力分散导致抓握异常的现象，并采集分析7名受试者稳定抓握过程中注意力分散时的sEMG信号和抓握力信号。结果表明注意力分散会导致稳定抓握肌电强度下降，不利于肌电假手稳定抓握。为验证电刺激反馈控制方法可行性，本文首先设计了电刺激实验，采集7名受试者在不同刺激强度下的诱发肌电信号，研究电刺激参数对诱发肌电幅度的影响，并针对不同被试建立电刺激强度与诱发肌电（M波）幅度的关系模型。之后结合建

5、立的关系模型，设计反馈验证实验，采集分析7名受试者以四种不同初始力量稳定抓握过程中电刺激前后的sEMG信号以及eEMG信号及其特征值，评估电刺激对肌电输出的稳定作用。结果表明，在注意力分散导致肌电强度下降时，通过电刺激方法可以得到恒定的肌电输出，并且可以通过调节刺激参数使得诱发肌电强度达到预期水平，能够为肌电假肢手的稳定力量输出提供有效的控制信号。为进一步验证反馈控制方法对力量输出的稳定作用，本文利用MATLAB虚拟现实工具箱设计开发了虚拟手演示训练平台，并基于该虚拟手平台设计虚拟手电刺激诱发肌电反馈控制系统，用于反馈控制方法的功能验证和效

6、果演示。通过对虚拟假肢手反馈控制的离线测试，结果证实通过该反馈控制方法能够产生稳定力量输出，并且能够保证输出力量与注意力分散前输出力量一致，实现稳定抓握。本课题开展了肌电假肢手稳定抓握反馈控制的初步研究，提出并初步验证了一I重庆大学硕士学位论文种基于电刺激诱发肌电的假肢手稳定力量输出控制方法；该方法在实现假肢手稳定力量输出的同时能够保证用户较强本体感受，为后续肌电假肢手的稳定抓握仿生化控制提供了新的思路。关键词：诱发肌电信号，肌电假肢手，反馈控制，稳定抓握，注意力分散II英文摘要ABSTRACTThehandisoneofthemostfl

7、exiblelocomotiveorgans.Forupperlimbamputationpatients,losingthehandfunctionnotonlyseverelyaffectsthenormallifeofthepatients,butalsomakesagreatpsychologicaltrauma.Inordertohelpthemhavingabetterlife,itisnecessaryandaneffectivewayforamputationpatientstowearprosthetichand.Amon

8、gprostheticdevices,myoelectricprostheseswithitsflexiblefeature,easytouseandintuitive,beco