15、基于肌电信号与专家系统的机器人运动控制及康复设备研究

基于肌电信号与专家系统的机器人运动控制及康复设备研究

1 基于肌电信号的机器人运动控制

1.1 机器人运动控制规则

当手臂处于最高位置时，若肌肉激活程度为“中等”，手臂只能向下运动。在参与运动的肌肉中，尤其是肱二头肌，在停止运动时其肌肉激活状态稳定。对于A5关节的运动，肱二头肌是最重要的肌肉，其激活遵循以下规则：
- 若肱二头肌有激活值，则检查机器人的上一个位置。
- 同时考虑运动状态（起始位置、手臂向上运动、手臂保持固定位置、手臂向下运动）。
- 根据这些状态，考虑肱二头肌或肱三头肌的导数或它们的组合，以输出机器人的速度。
- 当信号导数接近0时，前臂停止运动。

1.2 实验设置

实验使用了Delsys Trigno EMG基座、4个Trigno电极和KUKA - LWR机械臂。机器人被设置为在二维空间中模拟人类手臂的运动。原始肌电信号以1000 Hz的频率采样，由于手臂肌肉群的频率约为83.33 Hz，因此对肌电信号进行了下采样。机器人应跟随人类手臂的轨迹运动。

1.3 实验结果

1.3.1 简单高低位置跟随实验

在50秒的实验中，记录了机器人关节1（KUKA LWR的A3）的角度变化。2.2（rad）对应人类手臂的最低位置（肘部180°），0.4（rad）对应最高位置（肘部0°）。用户手臂处于运动的第一阶段（A）时，机械臂到达最低位置；用户在10秒内将手臂移动到最高位置，机械臂也跟随到最高位置；用户在最高位置保持10秒，机械臂进行了偏差修正并保持在最高位置；之后用户将手臂移向最低位置，机械臂跟随运动。此实验中机器人成功跟随用户手臂运动，但仅