多通道表面肌電信號同步采樣與處理研究

陳蕾 林明星 代成剛 吳筱堅

摘? 要： 在康復機器人的人機交互系統中，表面肌電信號（sEMG）發揮著重要作用。針對采集單通道的肌電信號已經不能滿足獲取更多信息量的需求，該文設計一個8通道的肌電信號同步采集系統。該系統包括表面電極貼片、儀表放大器、帶通濾波與二級放大、50 Hz陷波器、同步采集ADC和無線藍牙模塊等部分。通過測試實驗，該采集系統很好地采集了人體的表面肌電信號，有效去除了共模噪聲和50 Hz的工頻干擾。獲取的同步肌電信號可以進一步用于人機交互系統的模式識別研究。

關鍵詞： 表面肌電信號; 多通道信號; 同步采集; 信號處理; 人機交互系統; 系統測試

中圖分類號： TN911.7?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）04?0017?04

Synchronous sampling and processing of multi?channel surface myoelectric signal

CHEN Lei1， LIN MIngxing1，2， DAI Chenggang1， WU Xiaojian1，2

（1. School of Mechanical Engineering， Shandong University， Jinan 250061， China;

2. Key Laboratory of High?efficiency and Clean Mechanical Manufacture， Ministry of Education， Jinan 250061， China）

Abstract： Surface myoelectric signals （sEMG） play an important role in the human?computer interaction system of rehabilitation robot. As the single channel EMG signals has been unable to meet the need to obtain more information， an eight?channel myoelectric signal synchronous acquisition system is designed. The system includes surface electrode patch， instrumentation amplifier， bandpass filtering and secondary amplification， 50 Hz notch filter， synchronous acquisition ADC， wireless bluetooth module and so on. The testing experiment results show that the acquisition system can well collect the sEMG of human body and effectively eliminate the common mode noise and 50 Hz power frequency interference. The obtained synchronous myoelectric signals can be further used in the study of pattern recognition of human?computer interaction system.

Keywords： sEMG; multi?channel signal; synchronous collection; signal processing; human?computer interaction system; system testing

表面肌電信號（sEMG）是生物電信號之一[1?2]，其信號是從骨骼肌中獲得的，骨骼肌的收縮是由中樞神經系統和肌肉之間傳播的電脈沖控制的。sEMG的幅值范圍一般是0～5 mV，頻譜主要分布在10～500 Hz。根據采樣定理可知采樣頻率至少要達到1 000 Hz。sEMG在手勢識別[3?4]、智能假肢[5?6]和康復機器人[7?8]領域有著廣泛的應用。表面肌電信號是機器控制系統中人機交互的重要組成部分[9?10]。人機交互的目標是設計一個讓人類可以更自然地與計算機或其他設備進行通信的控制系統。基于sEMG的控制系統一般分為4個階段：數據采集與分割、特征提取、分類和控制器，階段1也被稱為信號調節和預處理。在這個過程中，信號從人體表面獲得，并通過濾波放大獲取有用信號，其中去除50 Hz的工頻干擾是成功采集信號的關鍵。……