基于肌电的下肢康复训练系统跑步机速度自适应控制方法

摘要

本发明公开一种基于肌电的下肢康复训练系统跑步机速度自适应控制方法，通过肌电信号采集仪实时采取患者下肢的肌电信号，经过滤波、降噪等预处理后，分别提取相关肌电信号的幅值特征和能量特征，通过步态周期检测算法和步长估计算法实时预测出患者下肢运动的步态周期和步长；再据此求出患者下肢运动的期望速度；与此同时，利用系统辨识法获取跑步机的速度传递函数；最后，结合跑步机的速度传递函数，利用PID速度伺服控制算法驱动跑步机的控制电机，实现跑步机速度的自适应跟随控制。本发明使用肌电信号实时预测人体步速，信号采集处理方便，能够根据患者主动运动意图实时控制跑步机速度与之同步协调，实现患者主动康复训练，提高康复训练效率。

主权项

一种基于肌电的下肢康复训练系统跑步机速度自适应控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)分别实时采集患者左、右大腿骨外侧肌、骨直肌和股二头肌的表面肌电信号；(2)对采集到的患者表面肌电信号进行放大、滤波和降噪预处理；(3)通过特征提取方法，分别获取患者表面肌电信号的能量特征向量和幅值特征向量；(4)利用获取的患者表面肌电信号能量特征向量，通过步态周期估测算法实时预测患者下肢运动的合理步态周期；(5)利用获取的患者表面肌电信号幅值特征向量，通过步长估计算法实时预测患者下肢运动的步长；(6)将步骤(4)预测的步态周期和步骤(5)预测的步长，通过步速预测算法实时计算患者期望的步速；产生用于控制跑步机的期望速度命令信号；(7)用系统辨识法获取跑步机速度的输入‑输出传递函数；(8)最后，结合跑步机的速度传递函数，同时，检测跑步机的速度作为反馈信号，利用PID速度伺服控制算法驱动跑步机的控制电机，最终实现跑步机速度的自适应跟随控制。