工程技术类课题推荐｜基于 EMG 肌肉电传感器的长续航假肢设计

MS基于 EMG 肌肉电传感器的长续航假肢设计

项目分类：工程技术/物理学/机器人技术

项目描述01Project Background

目前全球残障人士大约有6.5 亿人，占总人口的 10%。而所有残障人士中，肢体残疾的比例大约在30%-40%，也就意味着全世界大约有3亿名肢体残疾的人。因此，假肢在恢复残障人士的生理功能、心理功能方面具有十分重要的作用。

目前传统的假肢中绝大多数只有外观保持和支撑的作用，很难实现功能性（抓、握 等），其核心原因是人主要依靠神经传递和肌肉驱动肢体以输出控制信号，所以当失去关键肢体后，就无法准确输出控制信号到外界设备。

通过对生物体的研究，即使是肢体残疾的人，其肢体肌肉也并未完全萎缩。当人脑输出抓、握等信号时，手臂上的肌肉依然可以控制手掌肌腱的肌肉进行收缩，而肌肉收缩会释放比神经电信号大若干数量级的电信号，这是开展本项目研究的基础。

同时，针对传统机械手的耗电量大、续航短的问题，本项目尝试从能量管理的角度进行改进，通过使用太阳能等能源，让机械手的续航能力得到长足提升。

本项目应用场景包括长续航假肢设计、康复治疗等。

项目目标02Project objective

（1）理解机电假肢的工程原理

学生将掌握机电假肢的工程原理和设计基础。 学习重点包括假肢的力学结构、动力传递系 统以及控制系统。

力学分析涉及力和力矩的 计算，例如假肢的重量分布、关节扭矩的平 衡，以及电机产生的驱动力。计算公式如下：

其中，Fr 是假肢在运动中遇到的阻力，µ 是摩擦系数，N 是正常力；Tj 是关节所 需的扭矩，Is 是假肢段的转动惯量，α 是角加速度；Pm 是电机的功率输出，Vs 是 电源电压，Im 是电机电流。

（2）EMG 肌电信号的识别和应用

研究如何有效地捕捉肢体运动的 EMG 信号，并将它们转换为控制假肢的命令，以 实现更自然和准确的运动控制。

项目收获03Project achievement

本项目在物理、数据分析、编程和专业写作方面提供了多项技能提升

• 巩固学科知识点物理–电磁学 数理统计–参数估计

将电磁学原理应用到基于 EMG 肌肉电传感器的长续航假肢设计中，例如，假肢的 控制系统可以表示为：

其中 V 是传感器检测到的肌肉电信号电压，I 是流经肌肉纤维的电流，R 是肌肉 纤维的电阻。通过优化传感器的信号放大和滤波设计，可以提高假肢控制系统的 灵敏度和响应速度。

• 实物模型制作基于 EMG 和能量管理设计长续航假肢的实物模型
• 深度参与编程实践使用专业编程语言实现长续航假肢的设计

• 掌握 LaTex 写作学习掌握国际通用的科技写作软件 LaTex

历史学生案例04ExamplesF同学

成都石*国际部｜牛津大学机械工程专业

因为小学有参加过机器人竞赛的经历，而且也计划后期就读机械工程的方向。所以跟老师商议后，决定开展水下机器人水下机器人的科研项目对，这段经历不仅让我更直观的了解了工程学相关的知识，也可以说是我拿到牛津offer最直接的助力。

X同学

成都*德国际部｜德州农工大学

我进行科研项目不仅仅是因为物理ee要求学生进行自主实验，更因为我对我的项目（空气动力学）抱有极大的兴趣。

很早之前我就有过想要做飞行器简易研究的想法，但是苦于缺乏机会，而ee给了我一个完美的时机。在我做科研的过程中，学到新的物理学知识是必然的，然而我认为更重要的是动手能力。

因为我计划后期继续在工程方面发展，科研项目让我有机会自己动手设计，制作，组装和运行我的项目。

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