[發(fā)明專利]一種可穿戴肌電臂環(huán)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510028553.2
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104586391A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳安沛;王際瑋;孫利濱;李平舟;劉禹;安定
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: A61B5/0488
• 分類號: A61B5/0488;G08C17/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可穿戴技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可穿戴肌電臂環(huán)。

背景技術(shù)

肌肉運(yùn)動是人體活動的重要組成部分。肌肉運(yùn)動在本質(zhì)上是電位的傳輸，在人體皮膚表面以sEMG信號(表面肌電信號，surface?electromyography)反映出來。不同的肌肉及其不同的運(yùn)動呈現(xiàn)出不同的信號波形，同時相同肌肉的活動狀態(tài)和功能狀態(tài)之間也存在著不同程度的關(guān)聯(lián)性。

在控制良好的條件下，肌電信號在很大程度上能反映出肌肉的疲勞程度，肌力水平和多肌群協(xié)調(diào)能力等肌肉活動和中樞控制特征變化規(guī)律。因而對于康復(fù)醫(yī)學(xué)臨床和基礎(chǔ)研究等具有重要價值和應(yīng)用意義。

肌肉的運(yùn)動伴隨著能量的傳遞，除了極小部分被肌肉吸收，大部分能量以電信號和熱能的形式散失。

多通道肌電采集會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，不管是利用目前的高速M(fèi)CU還是PC電腦設(shè)備來對數(shù)據(jù)處理都是極其困難的。

目前手部姿態(tài)信息識別主要可以通過圖像采集處理技術(shù)或攜帶多個傳感器的手套來實(shí)現(xiàn)，但是這兩種實(shí)現(xiàn)方式都會受到使用環(huán)境和數(shù)據(jù)處理設(shè)備的限制，不利于攜帶并且數(shù)據(jù)處理麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效采集手臂做動作時的表面肌電信號及姿態(tài)信息，根據(jù)用戶不同需求實(shí)時地對用戶肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行高速計(jì)算存儲并返回相應(yīng)處理結(jié)果的可穿戴肌電臂環(huán)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：包括若干個采集模塊；所述的采集模塊上包括正負(fù)成對設(shè)置的肌電采集電極以及設(shè)置在肌電采集電極之間的人體熱量傳導(dǎo)片，采集模塊之間通過內(nèi)含數(shù)據(jù)傳輸線的彈性繃帶連接；

所述的若干個采集模塊被分配為一個信號采集主通道及其他信號采集副通道；作為信號采集主通道的采集模塊內(nèi)部還包括熱電轉(zhuǎn)換模塊，運(yùn)動傳感器，無線傳輸模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，電池以及充電模塊；各個采集模塊采集到的肌電信號傳入到作為信號采集主通道的采集模塊內(nèi)部，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后與運(yùn)動傳感器采集到的手臂姿態(tài)信號融合，通過無線傳輸模塊傳輸?shù)皆品?wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

所述的運(yùn)動傳感器采用集成有三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁感應(yīng)傳感器的九軸傳感器。

所述的無線傳輸模塊包括藍(lán)牙模塊與LTE數(shù)據(jù)傳輸端。

所述的充電模塊包括能夠與外部無線充電底座相適配的無線電源發(fā)送管理芯片，所述的無線充電底座接收端集成有無線電源接收器與鋰電池充電器芯片。

所述的無線電源發(fā)送管理器芯片為德州儀器公司生產(chǎn)的BQ500210；所述的無線充電底座接收端為德州儀器公司生產(chǎn)的BQ51050B。

所述的采集模塊為聚碳酸酯材料構(gòu)成的長方體結(jié)構(gòu)。

所述的采集模塊為八個，包括一個作為信號采集主通道的采集模塊，以及七個作為信號采集副通道的采集模塊。

所述的人體熱量傳導(dǎo)片采用帕爾貼片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可穿戴肌電臂環(huán)利用多個通道的采集模塊對用戶的肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過無線傳輸模塊實(shí)時地將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用移動云計(jì)算技術(shù)，能夠大幅度提高數(shù)據(jù)的處理能力和速度。最后再將處理結(jié)果返回臂環(huán)，信號整體處理的速度得到大幅度提升，能夠減輕臂環(huán)對處理器的要求，解除了PC不能在不同環(huán)境中靈活使用的束縛。此外，通過肌電采集電極和人體熱量傳導(dǎo)片能夠?qū)⑵つw表面的電信號和熱能收集轉(zhuǎn)換成電能，從而延長臂環(huán)的續(xù)航時間。采集模塊之間通過彈性繃帶連接，這樣能夠較好的適應(yīng)不同手型，并且數(shù)據(jù)傳輸線內(nèi)嵌入彈性繃帶，一方面使得數(shù)據(jù)傳輸線的隱蔽性好，另一方面減小了外界環(huán)境帶來的干擾。本發(fā)明使用時用戶能夠根據(jù)自己不同的需求，選擇云服務(wù)器反饋不同的信息，如手臂三維姿態(tài)信息、手勢識別以及肌肉疲勞程度等數(shù)據(jù)信息。

進(jìn)一步的，本發(fā)明運(yùn)動傳感器為集成有三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁感應(yīng)傳感器的九軸傳感器，陀螺儀用于采集人體上臂運(yùn)動的角速度信息進(jìn)而得到其姿態(tài)角，加速度計(jì)用于采集人體前臂加速度信息并同時獲取重力信息，這些信息與采集到的肌電信號數(shù)據(jù)融合，最終能夠得到包括手指關(guān)節(jié)、手腕以及上臂在內(nèi)的整個手部姿態(tài)信息。

進(jìn)一步的，本發(fā)明可穿戴肌電臂環(huán)還包括藍(lán)牙模塊，利用藍(lán)牙能夠與其他電子設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)信息交換。

進(jìn)一步的，本發(fā)明可穿戴肌電臂環(huán)采用無線充電技術(shù)，充電模塊包括無線電源發(fā)送管理器芯片，無線充電底座接收端集成有無線電源接收器與鋰電池充電器芯片，本發(fā)明在電源設(shè)計(jì)中取代USB有線充電接口，以實(shí)現(xiàn)更加小型化，便攜化的目的。