基于sEMG信号的人体下肢运动意图识别方法研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yiwen_yu
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
人体的动作意图识别对于康复外骨骼的人机交互(Human-robot Interaction,HRI)具有重要意义。由于表面肌电信号(surface Electromyography,sEMG)具有提前于人体动作产生的特性,并且蕴含着丰富的人体运动信息,因此将sEMG信号做为信号源的康复外骨骼研究得到了越来越多的关注。然而,在将sEMG信号应用于康复外骨骼的研究过程中,由于sEMG信号的非平稳、非线性特点,其特征的提取与意图的识别仍存在一定难度。因此,本文的研究内容主要针对基于下肢sEMG信号运动意图识别的研究展开:首先,为了获取冗余数据量较少的原始sEMG信号并实现多通道信号的采集,本文提出一种基于自适应能微积(Adaptive Energy Diffiential Product,AEDP)的多分段sEMG采集方法。该采集方法通过计算信号的能微积值设置判断信号起始点的第一级门限,通过顺序统计法设置判断信号起始点的第二级门限。通过实验证明,该采集方法通过双门限阈值可判断原始sEMG信号的起始点,同时可以减少算法检测的起始点与真实信号起始点的偏移,实现对起始时刻和持续时长不同步的多通道sEMG信号的采集。随后,针对获取原始sEMG信号高类可分性特征的问题,本文提出一种斯托克斯维尔变换的奇异值集中度(S-transformation Singular value-Concentration Meature,ST-SCM)的特征提取方法。该方法通过计算原始sEMG信号的集中度特征,提高人体运动意图识别的分类准确率。并通过性能验证实验可知,ST-SCM在斯皮尔曼相关系数的评估中的拥有更好的类间相似度;在RF的动作分类中,其分类准确率在多个特征算法中具备优越性;在运算时间上,ST-SCM虽然运行时间高于时域算法,但满足对短时肌电信号数据的计算要求,属于运行较快的特征算法。最后,为了实现运动意图的高准确率识别,基于sEMG信号的ST-SCM特征,筛选了适用于各个分段信号的分类器,并制定了基于多分段信号的加权阈值投票法的意图识别策略。通过测试数据集的分类实验可知,多分段信号的加权阈值投票法的识别策略,在分类准确率上优于单一分段信号的分类准确率。对于单关节六类动作的分类,可以用于训练康复外骨骼的穿戴者进行初步的下肢动作训练,完成简单动作的肌肉记忆。此外,本文进行了复杂多关节腿部运动意图识别的探索,验证多分段信号的加权阈值投票法的意图识别策略对其它动作类型的适用性,取得了良好的实际在线测试效果。对下肢复杂的多关节动作意图识别的主要意义在于,帮助康复外骨骼的穿戴者完成进一步的基础动作训练。综上所述,本文对基于sEMG信号的康复外骨骼人机交互的研究具有一定的应用价值。
其他文献
波束形成技术亦称为声学照相机,其后处理阵列传声器测量的声信号,重建声源分布并加以可视化,是一种简单高效的噪声源识别方法。各种传声器阵列形式中,刚性球面阵灵活度高,衍射作用强,能同时识别各个方向的声源,因此在汽车、飞机以及高速列车等舱室内场噪声源识别领域具有广泛的应用前景。本文主要研究了基于滤波求和(Filter and Sum,FAS)算法的球面阵CLEAN-SC系列算法以及基于自适应重加权同伦(
房地产开发业务经过十多年的蓬勃发展,在增量业务连续多年快速增长后,支撑销售的需求结构发生了显著的变化。地产行业的发展机遇也将逐步从增量开发环节转为存量经营环节[1]。随着青年群体租住需求升级、国家鼓励租赁市场发展政策的不断推动,长租公寓行业迎来一波发展的高潮。但是机遇也预示着挑战,近年来随着资本的热捧,以改造类为主的长租公寓迎来了爆发式增长。但随之而来的问题是,对于该类型建筑的研究在学术领域并不系
将CO、HC、NOX分别催化氧化、还原是机动车尾气减排中最重要的催化反应。美国能源部设定了机动车尾气减排目标,试图开发出在150℃以下将标准污染物消除90%以上的催化系统,该温度比目前的商用催化剂的活性温度低100℃左右,称为“150℃挑战”。同时,我国机动车排放标准也进一步提高,因此进一步提高尾气催化剂性能,研发新一代尾气处理催化剂,近年来一直是研究热点。发动机排气出口至排气歧管的气体温度是80
大气微生物作为自然生态系统的重要生物组成部分具有重要的生态功能,然而其浓度过高时对人体健康和工业生产等都会造成严重影响,例如制药、食品、芯片制造等行业对空气中的微生物浓度有着严格要求,因此实现空气微生物浓度的快速检测具有重要意义。传统的微生物培养计数法需要数十小时,无法实现微生物浓度的快速检测;分子生物学方法可以检测微生物的数量,但是需要试剂和专业检测人员操作。基于荧光检测技术的微生物粒子计数仪器
随着社会经济的快速发展,人类所依赖的传统化石能源日渐枯竭,环境污染问题也愈发严重。半导体光催化技术能将太阳能转换为清洁的氢能,有望同时解决能源短缺和环境污染两大问题,满足未来社会可持续发展的需求。硫化镉(Cd S)是一种典型的可见光产氢催化剂,多年来被广泛研究。但是,光生电子-空穴易复合、光腐蚀等问题限制了Cd S的产氢性能和实际应用。近年新兴的二维Ti3C2 MXene材料因其优异的导电性和高功
随着近些年来深度学习的快速发展,深度神经网络已经在有监督图像分类任务上取得了超越人类的表现。但是有监督学习模型在训练阶段需要大量有标注数据,而在实际应用场景中收集完整且可靠的数据几乎是不现实的。为了解决实际场景中数据缺乏的问题,迁移学习这一概念被提了出来。它试图将从已知数据域上学到的知识进行迁移,并实现对未知数据域进行学习的目的。其中,广义零样本学习作为一种模拟极端情形下知识迁移的任务,受到了广泛
无线通信技术的发展给人类社会带来巨大便利的同时,也给公共安全带来了新的挑战。一方面,随着指纹识别、手机支付等无线业务的兴起,无线网络因其传输介质具有开放性特点,容易受到非法用户的攻击与窃听。另一方面,非法用户同样可以利用无线技术进行犯罪、暴力等威胁社会公共安全的恐怖行动。因此,保证无线通信网络的安全可靠成为通信网络建设的重要一环。主动窃听技术为避免这种潜在威胁的发生,发挥着越来越重要的作用,是近年
电子战特别是通信对抗在“网络中心战”中扮演重要角色,地位显著。其中,调制模式识别与干扰识别又是通信对抗面临的关键基础问题。尽管从技术演化角度来看,这两个问题自提出以来已经得到深入研究,研究历史也已经超过70年,但如今,伴随着以深度学习为代表的人工智能技术的突破性发展,在为这两个领域进一步研究注入新活力的同时,也带来了巨大的挑战。一方面,基于深度学习使能无线通信,将使得通信对抗双方获得更高的智能化程
湿法磷酸工艺会产生二类一般工业固体废物-磷石膏(PG)。随着磷化工行业的快速发展,工业副产磷石膏排放量日益剧增,而国内对磷石膏的资源化综合利用做不到“吃干榨净”,堆存依旧是处理工业固废磷石膏的主要方式。堆场内的磷石膏经雨水的冲刷、淋溶,产生的渗滤液具有p H值低、腐蚀性强、总磷、氨氮浓度高等特点,渗滤液中的可溶性磷、氨氮、氟、重金属等杂质易于迁移到周围的土壤、水体、大气环境中,会造成环境污染。因此
进入21世纪以来,石油化工类产品的价格持续上涨,同时这类产品的生产过程会带来严重的环境污染问题,而自然界广泛存在的生物质可以通过绿色高效的方式转化为生物质燃料或高附加值化学品,所以基于这种转化的研究对于能源社会的可持续发展具有重要意义。葡萄糖是自然界分布最为广泛的单糖,可以从植物中直接获取或者通过水解纤维素和木质素间接获得。将葡萄糖转化为多种高附加值化学品的过程中,催化剂的参与起着重要作用,因此何