博碩士論文 975201084 詳細資訊




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姓名 蔡旻峰(Min-Feng Cai)  查詢紙本館藏   畢業系所 電機工程學系
論文名稱 使用類神經網路於肢體肌電訊號進行人體關節角度預測
(Prediction of Limb joint angle using EMG signals and artificial neural network)
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摘要(中) 由於醫學進步與科技日新月異,以及面對老年化社會勞力成本的增加,近年來醫療器材與與輔助義肢的需求越來越大。一種新的肢體輔具則是利用肌電訊號的高時間解析度,作為機械輔具的控制訊號。然而,機械輔具的角度控制與穩定性,成為此種肌電訊號為基礎之輔具設備的成功關鍵。
本研究主要目的是擷取表面肌電訊號來預測出受測者在步行時手肘關節、髖關節和膝關節角度的變化,讓肌電訊號將來可能控制機器人或者是應用在醫療輔助肢體器材上。我們使用彎曲曲率檢知器來量測關節角度變化,它擁有的線性關係來得到相對電壓,人體的肌電訊號和肢體的角度變化之關係則是使用倒傳遞類神經網路理論來預測結果,而角度預測的結果和實際量測的結果做比較;手肘關節均方根誤差約1^o~2^o,髖關節均方根誤差約7^o~8^o和膝關節角度均方根誤差約5^o~7^o。
摘要(英) Due to the coming of aging society and high labor cost, modern society has increased demands on medical instruments and assistive prostheses. One novel prosthesis which has drawn great attention is the use of electromyography (EMG) as control signal to control the movements of a prosthesis. Nevertheless, one key element to the success of these intelligent prostheses is the reliability and stability of articular angle during movements.
This study aims to develop a method for predicting the changes of articular angles during movements. The predicted articular angle can be used to facilitate the rotation stability of motor control in an artificial prosthesis. In this study, the articular angles were measured by a thin bending flex sensor. The measured articular angles were used as ground truth for performance evaluation. By recording the EMG signals as inputs and measured articular angles as outputs to an artificial neural network (ANN), the ANN predicts the angle position at next time point based on past information. The root Mean Square Error of predicted hand, hip ,and knee joint angles is 1^o~2^o , 7^o~8^o , and 5^o~7^o , respectively.
關鍵字(中) ★ 肌電訊號
★ 關節角度
★ 倒傳遞類神經網路
關鍵字(英) ★ Electromyography Signal (EMG)
★ Joints Angle
★ Back-propagation Neural Network
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 2
第二章 以肌電波訊號為基礎發展分析系統 4
2.1 肌肉結構 4
2.2 肌肉分類 4
2.3 肌電圖 7
2.4 角度量測 8
2.5 感測器電路 9
第三章 研究方法與分析 14
3.1 系統架構 14
3.2 POWERLAB數位訊號處理器 15
3.3 生理訊號調整 17
3.4 倒傳遞類神經網路 21
3.4.1 類神經網路定義 22
3.4.2 類神經網路運作 24
3.4.3 倒傳遞類神經網路 26
3.5 倒傳類神經網路訓練辨識肌電訊號 27
第四章 實驗結果 32
4.1 實驗設計 32
4.2 曲率檢知器電路硬體應用 33
4.3 肌電訊號處理 36
4.4 實驗結果與討論 40
第五章 結論與未來展望 46
文獻參考 47
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指導教授 李柏磊(Po-Lei Lee) 審核日期 2011-8-24
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