利用神经网络进行人手动作表面肌电信号的识别研究
雷华勤
1
,
2
(
1.
福州市职业教育实训中心
福建
福州
:
350009
;
2.
福州大学
,
物理与信息工程学院
福建
福州
:
350108
)
摘
要
为了更好地识别人手动作的肌电信号
,
采用基于小波包 分解 与主 成分 分析 结合 的特 征提
取方法
,
并利用粒子群优化
Elman
神经网络的模式分类方法
.
选择
“
db
”
系小波对肌电信号进行多
尺度分解
,
并结合主成分分析法
,
选用累计贡献率大于
98.6%
的十个主成分作为特征向量
,
输入优
化神经网络进行网络训练
,
实现对人手抓取动作的模式识别
.
实验结果表明
,
与传统神经网络仿真
结果对比
,
采用粒子群算法优化
Elman
神经 网络 不仅 能提 高系 统稳 定性 问题
,
而且能 提 高人手 动
作分类识别率
,
验证了该方法是一种可行的人手动作分类识别方法
.
关键词
表面肌电信号
;
主成分分析
;
小波包分解
;
Elman
神经网络
;
粒子群优化算法
;
sEMG
;
PSO
中图分类号
:
TP391.4
文献标识码
:
A
文章编号
:
1671G3524
(
2019
)
04G0013G05
收稿日 期
:
2019G10G18
修回日 期
:
2019G11G22
作者简 介
:
雷华勤
(
1992~
),
女
,
在读硕士研究生
.EGmail
:
739497758@
qq
.com
对肢体残疾的 残 障人士 而 言
,
肢体功 能 的缺失
不仅给自身生活带来了 不 便
,
也给家 庭 和社会 带 来
了巨大负担
,
因此
,
研究残疾人康复具有重要的社会
意义
.
假肢作为残疾人的康复工具一直是研究的热
点
,
而 对 假 肢 的 控 制 源
———
表 面 肌 电 信 号
(
Surface
Electronom
y
o
g
ra
p
h
y
,
sEMG
)
[
1
]
是 其 中 最 重 要 的 研
究内容
.
sEMG
是人类肌肉收缩产生的一种非稳态
时变信号
,
其幅度很小
,
由于能在一定程度上反映神
经肌肉的活动
,
因此 在假肢 研 究领域 得 到了广 泛 应
用
.
sEMG
信号采集
、
数 据 预 处 理
、
提 取 特 征
、
模 式
识别等环节构成了整个表面肌电信号人手动作识别
系统
.
其中
,
特征提取 及 模式识 别 是系统 中 研究重
点内容
.
在特征提 取上
,
本文选 用 时频域 特 征小波
包分解与主 成 分 分 析 方 法 结 合 提 取
sEMG
信 号 特
征
,
将组合提取到的的特征向量作为分类器的输入
.
在模式识别中
,
将具 有很强 的 自学习 能 力且目 前 应
用最广泛的神经网 络作为 人 手动作 识 别的分 类 器
.
如何在人手动作种类数多
(
本文人手动作数量达
13
种
)
的情况下达到较高 的正确 分 类识别 率 是目前 研
究的主要工作
.
本文通 过 大量实 验
,
将粒子 群 优化
算法应用于
Elman
神经网络
,
对神 经网 络的 初始 权
值和阈值进行了优化
,
从而提 高 人手动 作 分类识 别
率
.
1
基于小波包分解与主成分分析的
sEMG
特征提取
1.1
特征提取方法选取研究
肌电信号特征提取是正确识别整个动作模式识
别的关键
,
它直接影响到运动识别率
.
目前
,
用于肌
电信号人手动作模式识别的特征提取方法主要分为
时域
、
频域和时频域特征提取
.
由于肌电信号十分微弱且信噪比较低的时变特
性
,
时域特征提 取 方法通 常 不容易 提 取
.
而频域 特
征提取是假定
sEMG
为稳 定的 信号
,
这与 肌电 信号
是非平稳时变信号相违 背
,
且不能 提 供信号 在 时域
上的信息
,
可见单独 采 用时域 或 者频域 特 征表征 肌
电信号有一定的 局 限性
.
因此
,
兼具时 域 和频域 分
析优点的时频域特征提取方法越来越受到研究者的
应用
[
2
]
.
目 前 常 用 的 时 频 特 征 提 取 方 法 有 小 波 包 分 解
(
WPT
)
及小波分解
(
WT
),
小波分 解 只对信 号 低频
部分进行分解
,
会导 致提取 的 信息不 全 面影响 分 类
结果
.
想获取更加全面且 丰富 的
sEMG
信号 信息
,
应该采用能 同 时 对 信 号 的 高 频 部 分 进 行 分 解 的 方
31
评论0