[發明專利]一種基于腦肌電協同的外肢體手指的控制方法

有效

• 申請號: 202011469976.5
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN113143676B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 劉源;王壯;王雯婕;黃帥飛;明東
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61B5/00;A61B5/372;A61B5/397
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

本發明提供了一種基于腦肌電協同的外肢體手指的控制方法，將額肌電信號和腦電信號作為動作狀態轉換的觸發指令，依據計算結果判斷是否輸出觸發指令，由此完成上肢康復訓練中的不同動作的切換，不僅可以在不占用人類固有肢體自由度的情況下控制外肢體機器人，即時性增強或補償人體運動功能，還展現出幫助腦卒中偏癱患者實現主動式運動康復的潛力。另外，使用卷積神經網絡對運動想象腦電信號進行識別分類，展現出了優于傳統分類器的分類性能，并且利用遺傳算法優化卷積神經網絡模型的各類參數，高效地實現了小樣本情況下深度學習模型地構建與使用。

技術領域

本發明屬于康復用外肢體手指控制技術領域，尤其是一種基于腦肌電協同的外肢體手指的控制方法。

背景技術

外肢體機器人是在2012年機器人頂級會議ICRA上提出的一種新興生機電一體化機器人。在其控制領域，目前大多數研究通過追蹤使用者手部姿態及通過肌電信號以識別用戶運動意圖進而轉化為控制指令等方法控制外肢體機器人，比如：右手在康復訓練中佩戴外肢體手指，然后左手做出特定的動作來控制右手的康復動作，這樣在康復訓練中，左手不能進行其他工作，既在控制外肢體的同時占用了人類固有肢體自由度，不能充分發揮外肢體機器人作為新興人體增強裝備的突出潛能。目前，如何通過基于運動想象的腦機接口來幫助上肢偏癱的腦卒中患者實現主動式運動康復是其他控制策略所不具備的。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于腦肌電協同控制外肢體手指的控制策略。本發明通過肌電信號傳感器采集前額肌處的肌電信號并進行閾值判別，通過便攜式腦電信號傳感器采集運動想象腦電信號，利用遺傳算法(GeneticAlgorithm)與卷積神經網絡(ConvolutionalNeuralNetwork)識別分類使用者的控制意圖實時控制外肢體機器人，實現健康人運動功能的增強與偏癱患者運動功能的補償。

本發明采取的技術方案是：

一種基于腦肌電協同的外肢體手指的控制方法，其特征在于：包括腦電信號采集裝置和額肌電采集裝置，腦電信號采集裝置和額肌電采集裝置分別用于采集腦電信號和額肌電信號，控制方法包括以下步驟：

⑴額肌電校準信號采集，計算閾值；

⑵腦電校準信號采集，建立腦電信號卷積神經網絡模型；

⑶額肌電信號實時采集，腦肌電信號實時采集；

⑷如果額肌電信號按照閾值判斷為有效，則輸出肌電觸發指令，采集下一時刻額肌電信號；

如果額肌電信號按照閾值判斷為無效，則不輸出肌電觸發指令，采集下一時刻額肌電信號；

如果腦電信號經過腦電信號卷積神經網絡模型判斷為有效，則輸出腦電觸發指令，采集下一個腦電信號；

如果腦電信號經過腦電信號卷積神經網絡模型判斷為無效，則不輸出腦電觸發指令，采集下一個腦電信號。

再有，所述腦電信號采集裝置包括8通道腦電傳感器，采樣頻率為250Hz。

再有，所述額肌電采集裝置包括氯化銀電極，采樣頻率為1000Hz。

再有，步驟⑴所述計算閾值的過程包括：

⑴使用者依照提示在10s內完成一次額肌最大程度收縮，采集該10s的額肌電信號；

⑵對采集的額肌電信號進行平滑濾波處理，提取其時域特征，以500ms的滑動窗技術來計算10s時間窗內所獲得的額肌電信號最高幅值的平均值為規定閾值

再有，步驟⑵所述建立腦電信號卷積神經網絡模型的過程包括：

⑴使用者完成10組運動想象任務，每組任務包含6個試次，共采集20min腦電校準信號；