[發明專利]面向外骨骼機器人的下肢肌音信號處理系統及方法

在審

• 申請號: 201510052345.6
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104666052A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 劉大生;顏國正;王志武
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61B5/11
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征在于，包括：兩個分別用于左、右腿的肌音信號采集子系統和通過無線方式與之相連的便攜式數字處理子系統，其中：肌音信號采集子系統輸出肌音數字信號至便攜式數字處理子系統，數字處理子系統從中提取得到人體下肢動作判別結果；

所述的便攜式數字處理子系統包括：肌音信號接收電路、外骨骼通信電路、主控處理器和數據存儲模塊，其中：主控處理器分別與肌音信號接收模塊及外骨骼通信模塊相連，主控處理器對接收到的多路肌音信號分別進行數字信號處理，識別出人體動作意圖數據，并將其進行數字編碼后存儲在數據存儲模塊，主控處理器通過外骨骼通信電路與外骨骼機器人控制系統相連，將數據存儲模塊存儲的人體下肢關節的人體動作意圖數據發送給外骨骼機器人控制系統；

所述的肌音信號采集子系統包括：多個肌音信號采集模塊、A/D轉換電路、微控制單元及肌音信號發送電路，其中：肌音信號采集模塊與微控制單元分別佩帶在人體下肢并采集人體左、右下肢模擬肌音信號，A/D轉換電路將模擬肌音信號轉換成肌音數字信號送入微控制單元，微控制單元將肌音數字信號通過肌音信號發送電路傳遞至便攜式數字處理子系統。

2.根據權利要求1所述的基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征是，所述的肌音信號采集模塊包括：肌音信號傳感器、放大調理電路和低通濾波電路，其中：肌音信號傳感器放置在人體大腿的闊筋膜張肌、股內側肌、長收肌和/或半腱肌的表皮處以采集采集模擬肌音信號，放大調理電路對模擬肌音信號放大，并輸出至低通濾波電路濾去高頻部分。

3.根據權利要求1所述的基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征是，所述的A/D轉換電路包括：多選一模擬開關電路和A/D轉換器，其中：多選一模擬開關電路的輸入端和輸出端分別與多個肌音信號采集模塊及A/D轉換器相連，所述的肌音信號采集模塊輸出的模擬肌音信號經過多選一模擬開關電路選通后送入A/D轉換器進行模數轉換。

4.根據權利要求1所述的基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征是，所述的微控制單元包括：微處理器、外圍SPI接口電路、串行通信UART、看門狗電路、電源管理電路和可充電電源，其中：外圍SPI接口電路、串行通信UART、看門狗電路分別與微處理器相連，電源管理電路與可充電電源相連，并為所述的微處理器、肌音信號采集模塊、A/D轉換電路、肌音信號發送電路分別提供相匹配的電源，微處理器與A/D轉換電路相連傳輸經模數轉換、算術平均值濾波處理的肌音信號信息。

5.根據權利要求1所述的基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征是，所述的肌音信號發送電路和肌音信號接收電路均包括：數字無線處理電路、數控振蕩電路、射頻收發開關切換電路、藍牙收發器和基帶信號處理器，其中：數控振蕩電路和射頻收發開關切換電路與數字無線處理電路相連，藍牙收發器與基帶信號處理器相通訊，基帶信號處理器與數字無線處理電路相連，此外，肌音信號發送電路和肌音信號接收電路中的基帶信號處理器與各自對應的微控制單元或主控處理器相連。

6.根據權利要求1所述的基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征是，所述的外骨骼通信電路包括：分別與主控處理器相連的無線通信電路和CAN總線通信接口電路，其中：

所述的無線通信電路包括：數字無線處理電路、數控振蕩電路、射頻收發開關切換電路、藍牙收發器和基帶信號處理器，其中：數控振蕩電路和射頻收發開關切換電路與數字無線處理電路相連，藍牙收發器與基帶信號處理器相通訊，基帶信號處理器與數字無線處理電路相連，基帶信號處理器與主控處理器相連；

所述的CAN總線通信接口電路包括：CAN控制器和CAN總線收發器。

7.根據權利要求6所述的基于肌音信號的人體下肢運動識別系統，其特征是，所述的CAN控制器包括：CAN總線通信接口電路、串口收發器、CAN總線光電隔離電路，其中：串口收發器、CAN總線光電隔離電路分別與CAN總線通信接口電路相連，CAN總線通信接口電路通過串口收發器與所述的主控處理器相連，CAN總線光電隔離電路與CAN總線收發器相連。