基于语音与肌电信息融合的多功能假肢控制系统的设计与实现

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kangzeng
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前,为上肢截肢患者安装假肢是恢复其肢体功能的主要手段。传统的假肢大多只能起到机械支撑和美观的作用,存在着结构简单,运动不灵活,功能单一等缺点。近几十年,表面肌电信号被广泛应用于肌电假肢控制。在肌电假肢控制中,通过放置在残肢末端的表面肌电电极采集肌电信号,分析和识别肌电信号,截肢者可以操控假肢运动。然而,对于高位截肢患者而言,一方面他们的残存肌肉少,肌肉萎缩严重,可用于假肢控制的肌电信号源有限;另外一方面,对于高位截肢患者,截肢部位越多,需要恢复的手臂和手部运动功能就越多,对肌电信号源要求越高。为了操控多功能假肢,本文提出了一种基于语音与肌电信息融合的假肢控制系统。作为非肌电信号源,语音信号可以弥补肌电信号源的不足,用于假肢动作模式选择,便于多自由度假肢控制。肌电信号则用于控制假肢运动类型。使用者先通过语音选择动作模式,然后再收缩肌肉,操作假肢运动。系统中,语音信号采用喉振语音信号,利用语音识别算法对语音关键词进行分类。喉振语音信号是采集通过喉部皮肤表面传播的语音信号,具有高信噪比,低环境噪声干扰,易于识别的特点。语音与肌电信息融合控制多功能假肢可以提供有效的控制信号源,降低对肌电信号质量和通道数量要求,扩展控制自由度,两种操作信息协同工作,有利于提高系统稳定性,对于高位截肢患者是一种理想的假肢控制方案。  在本文中,设计了两种语音与肌电信息融合控制方案。在方案一中,设定了“手”、“腕”、“臂”三个关键字,用于选择假肢动作模式(即假肢关节);选定了关节后,利用两块肌肉(一对拮抗肌)的收缩控制不同的动作类型。在方案二中,设定了“手开”、“手合”、“腕内”、“腕外”、“肘伸”、“肘屈”六个关键词,用于选择假肢动作模式;选定动作后,利用一块肌肉的收缩控制假肢。  语音与肌电信息融合的多功能假肢控制系统是基于嵌入式系统开发的。硬件系统由MCU主控制模块、肌电模拟前端采集模块、电机驱动模块、语音识别模块组成。语音识别算法采用基于孤立词汇识别的动态时间规整算法。肌电识别采用最近邻算法。在对语音和肌电识别准确率的测试中,无论健全者还是截肢者的语音识别准确率都达到了95%以上,肌电识别准确率达到了100%。结果表明,语音和肌电信息融合可以有效发出操作指令,实现多自由度假肢操控。  实验中,设计了由一系列假肢操作组成的“倒水”任务对两种方案性能进行评价。实验结果表明:1无论是健全者还是截肢者,都可以有效使用语音与肌电信息融合的假肢控制方式操控假肢;2截肢者使用假肢完成“倒水”任务的时间略微长于健全者,但是没有显著差异;3整体而言,测试者利用方案二控制假肢完成“倒水”任务的时间略短于方案一。方案一只要求语音系统识别三个关键字,而方案二要求识别六个关键词;方案一需要采集两块肌肉肌电信号,而方案二只需要一块肌肉肌电信号。因此,方案一适合于肌肉条件较好,肌电信号质量较好的使用者;方案二适合于肌电信号质量不高的使用者,但是对语音识别要求较高。在对比实验中,语音与肌电信息融合的假肢控制方式在完成任务的时间上略长于肌电模式识别操作假肢方式。但本文中提出的控制方式可以扩展到多个自由度,对肌电质量要求较低,更适合高位截肢者。  通过语音与肌电信息的融合,可以实现多自由度假肢控制,也可以进一步扩展假肢的功能,甚至实现手指的精细动作控制。
其他文献
如今,电池是人们不可缺少的日用消费品,由于电池自放电的缘故,经过一段时间的储存后,电池的容量总是比刚生产出的新电池容量低,所以在电池出厂前对电池的性能进行检测,确保出厂的为合格产品。目前,对于电池出厂检测指标主要是开路电压。传统的检测方法是手动人工检测,速度较慢、生产效率低,而且不具有统计分析功能,不能适用于大、中型厂家,严重制约了我国电池生产工业的发展。计算机技术的发展,给...
随着科学技术的进步和经济条件的发展,电子信息产品在现实生活中的应用越来越广泛,人们获取图像的手段也越来越丰富。但在实际应用中,获得的大量图像往往是高维的,并且还包含大量
测试转台是一类精密惯性元件测试设备,主要用于惯性元器件的测试与鉴定,是惯性导航系统精度保障的关键设备这一.为了保证测试转台能长期稳定可靠地运行,避免因为发生故障而对
该论文针对实际的科技成果管理项目开发一套基于Client/Server、Browser/Server模式的信息管理系统,提出了该系统的总体设计方案并加以实现.数据库设计首先根据实际项目需求,
该文主要介绍的是HDMS的设计和实现.全文共分五章,主要内容如下:1、阐述了现场总线的定义、发展和现状、通过对比现场总线控制系统FCS传统的DCS系统,得出:现场总线技术是今后
该文归纳和总结了评价电容层析成像系统性能指标方法以及设计原则,详细分析了各种微小电容测量电路优缺点,充分考虑了电容传感器阵列优化问题,对电容传感器阵列进行了设计.设
丙泊酚是目前临床应用最广泛的静脉全身麻醉药,但是其确切的作用机制还未完全阐明。全身麻醉机制的研究一直是麻醉学研究的一个热点。由于技术水平的限制,之前对全麻药的作用机
关联规则是数据挖掘的研究热点之一.该文采和等价类和闭合项目集在垂直分布数据库中挖掘关联规则,主要解决以下两个问题:提高大型数据库中关联规则的挖掘算法的速度,减小生成
反搏治疗是通过在心脏的舒张期利用机械手段增加动脉血压进而增加对心脏供血来实现治疗目的的.将气囊绑在人体上,当对气囊充气时,它会对人体内的动脉血管产生一个压力,也就相
近年来,非线性系统的控制得到了极大的发展,在算法和软件上都有了迅猛的突破。而机器人动力学系统是一个高度复杂的非线性模型,在控制界,对机器人系统的研究始终是个难点,也是个热