[發(fā)明專利]一種功能性電刺激下肘關(guān)節(jié)力矩的在線估計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811006795.1
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109106339A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李玉榕;陳文鑫;陳軍
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/11
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種功能性電刺激下肘關(guān)節(jié)力矩的在線估計方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：離線采集在功能性電刺激下肘關(guān)節(jié)的力矩、角度和角速度信號，并對其進行預(yù)處理；將處理后的力矩、角度、角速度信號作為校正量，結(jié)合功能性電刺激強度變化，利用擴展型卡爾曼濾波器對肘關(guān)節(jié)肌肉骨骼模型系統(tǒng)進行參數(shù)辨識，對肘關(guān)節(jié)肌肉骨骼模型進行離線預(yù)建模；

步驟S2：通過在線采集肘關(guān)節(jié)在功能性電刺激下的角度和角速度信號，并同時對其進行預(yù)處理，然后將處理后的角度、角速度信號作為校正量，結(jié)合功能性電刺激強度變化，將步驟S1預(yù)建模辨識的參數(shù)作為初值，利用擴展型卡爾曼濾波器對預(yù)建模的肘關(guān)節(jié)肌肉骨骼模型系統(tǒng)參數(shù)進行實時自適應(yīng)更新，實現(xiàn)對肘關(guān)節(jié)力矩信號的在線估計。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能性電刺激下肘關(guān)節(jié)力矩的在線估計方法，其特征在于：所述肘關(guān)節(jié)肌肉骨骼模型的狀態(tài)空間方程的狀態(tài)變量x，輸入u分別為：

x＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ x₆]′；

式中，x₁表示肘關(guān)節(jié)角度，x₂表示肘關(guān)節(jié)角速度，x₃表示肱二頭肌的肌肉激活，x₄表示肱二頭肌肌肉激活的過程量，x₅表示肱三頭肌的肌肉激活，x₆表示肱三頭肌肌肉激活的過程量，u₁、u₂均表示系統(tǒng)輸入信號，pw₁表示刺激肱二頭肌的電刺激強度，pw₂表示刺激肱三頭肌的電刺激強度，t表示時間，T_d表示肌肉生理響應(yīng)延遲；

所述肘關(guān)節(jié)肌肉骨骼模型的狀態(tài)空間方程為：

y＝g(x)

式中，J表示轉(zhuǎn)動慣量，M表示肘關(guān)節(jié)力矩，w₀與w₁均表示無阻尼固有頻率，D表示為鈣離子動力學(xué)阻尼因子，st(u₁)表示u₁的刺激水平，st(u₂)表示u₂的刺激水平，g(x)表示系統(tǒng)輸出方程，f(x,u)表示系統(tǒng)狀態(tài)方程；

用一階差分方程近似微分，將肘關(guān)節(jié)肌肉骨骼模型轉(zhuǎn)換為離散狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)：設(shè)輸入量和狀態(tài)量在兩個周期之間為常數(shù)，kT_s≤t<(k+1)T_s；即x_k＝x_k-1+T_s·f(x,u)，其中，T_s為采樣周期，則模型離散狀態(tài)空間表達式為：

y_k＝g(x_k)；

式中，k是迭代循環(huán)數(shù)，x_k是k時刻的離散狀態(tài)變量，x_k-1是k-1時刻的離散狀態(tài)變量，x_1,k-1,...,x_6,k-1分別是k-1時刻的x₁,...,x₆，y_k是k時刻的離散輸出變量，f(x_k-1,u_k-1)表示系統(tǒng)離散狀態(tài)方程。