摘 要

肌电信号（electromyogram signal, EMG）是人体肌肉收缩时伴随产生的微弱生物电信号，可以通过一些电子仪器设备采集和研究。近年来，关于肌电信号的研究越来越广泛，随着检测技术和信号处理手段的发展，用sEMG（surface electromyogram signal, sEMG）进行仿生机械手控制已成为当前研究的热点问题之一。人体的sEMG很微弱、易受干扰，测量难度大，如何有效采集提取sEMG已成为sEMG应用的关键技术之一。本次设计旨在通过对肌电信号的采集和分析，进而对柔性抓持设备进行设计和控制。

本文总体上可分为两个部分，第一个部分是针对sEMG信号的分析以及采集系统的设计，第二个部分是相应的仿生机械手设计。

关键词：肌电信号；信号的采集；机械手；

Abstract

Electromyogram signal (EMG) is a weak biological electrical signal that accompanies the contraction of human muscles and can be collected and studied by some electronic instruments and equipment. In recent years, research on EMG signals has become more and more extensive. With the development of detection techniques and signal processing methods, using sEMG (surface electromyogram signal, sEMG) to control bionic manipulators has become one of the hot issues in current research. The sEMG of the human body is weak, susceptible to interference, and difficult to measure. How to effectively collect and extract sEMG has become one of the key technologies for sEMG applications. This design aims to design and control the flexible gripping equipment through the collection and analysis of EMG signals.

This article can be divided into two parts in general. The first part is for the analysis of sEMG signals and the design of the acquisition system. The second part is the design of the corresponding bionic manipulator.

Keywords: electromyogram signal; signal collection; manipulator

目录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第一章 绪论1

1.1研究背景及意义1

1.2研究现状3

1.2.1肌电信号的检测采集3

1.2.1肌电信号的应用和研究现状4

1.3论文的技术路线和内容6

1.3.1论文技术路线6

1.3.2论文内容6

第二章 肌电信号的采集系统8

2.1肌电信号采集系统的下位机系统8

2.2几点信号采集系统的上位机系统11

第三章 机械手的整体设计12

3.1驱动装置的选择12

3.2机械手的设计13

3.2.1机械手的简介13

3.2.2机械手的发展14

3.2.3机械手的结构设计14

第四章 实物制作与仿真17

4.1肌电信号采集系统的制作17

4.2机械手的制作17

第五章 总结与展望19

5.1全文总结19

5.2设计的不足与展望19

参考文献20

附录A21

附录B38

致谢39

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

活动细胞或组织（如人体、动物组织）在进行各种的生理活动是，都会产生与生命状态紧密关联的，有一定规律的电现象，我们称它叫生物电。生物电是保证人体各项功能正常运行的基本要求，还是人体各类生命活动的基本。人体是一个十分复杂的有机体，其任何生命活动都与生物电有着紧密的联系。生物电信号是器官，组织，系统和细胞在进行各种生命活动过程中产生的电势差的和。它体现了生物体的常规生命生理活动，是生物组织的最基本特征之一。生物电信号来自生物体中纵横交错的生命行动，这反映了生物体的正常生理活动。 在统计学方面来说，生物电是具有规律性的现象：某一种生理过程会与某一种生物电现象相对应^[1]。早在十九世纪五十年代，就有人发现了肌肉运动与肌电信号有关，法国科学家Duois-Reymond最早发现肌肉收缩伴随着电信号的产生，对肌电信号的相关研究从那时起就已经开始^[2]。

在人体内细胞的细胞膜内外有着一定的电势差，有些细胞产生兴奋的时候（像肌肉细胞、神经细胞），会相应的引起动作电势差，然后从细胞膜扩散出去。还有一些细胞在进行各种功能时，细胞内外的电位改变都有着无可厚非的作用。 随着科学的发展，生物电学研究取得了长足的进步。 在医学上，器官生物电可用于确定器官功能，这为多种疾病的诊断和治疗提供了科学依据。从理论上讲，在单细胞活性，生物电和神经传导功能的点属性的构造方面，尤其是在膜离子理论的构造方面，已经取得了许多突破。了解现代生物电理论的基础，有助于我们明白理解许多相关电信号的基本理念，像大脑里的电信号、肌肉里的电信号、心脏电信号等等。细胞生物电现象可分为几种，如下：

1.静息电位

细胞在未进行任何工作保持安静时，细胞膜的里面和外面会有着一个电势差，我们把它叫做静息电位，也可以叫做膜电位。细胞在没有受到刺激的时候，正离子存在于细胞外边，这就使得细胞外为正电位，而负离子则存在于细胞的内部，这就使得细胞内部为负电位，我们把这样的情况叫做极化。还有一种现象叫做超极化，它是指细胞内部和外部的电位差值继续变大，也就是相对的细胞外面的电位继续变大的时候。与超极化相反变化时，若细胞内部和外面的电位差值变小，也就是相对的细胞外面的电位继续变小的时候，那么就叫做去极化。大多数情况下当我们将静息电位时细胞膜外面的电位定义为0时，那么细胞内的电位就是负七十到负九十左右。

2.动作电位