一种基于肌电评估的智能助力自行车监控方法及系统

本发明涉及一种基于肌电评估的智能助力自行车监控方法及系统，属于助力自行车技术领域。

目前电动自行车缺少腿部肌肉疲劳检测，无法实现：在人体疲劳时增加助力，在下坡时可以增加阻力，让人体在骑行时始终保持一个良好状态，并能保护肌肉的伤害达到有效锻炼的目的；因此需要一种基于肌电评估的智能助力自行车监控方法及系统。

一种基于肌电评估的智能助力自行车监控系统，包括肌电信号采集模块，肌电预估单元，骑行力度管理单元，以及力矩电机系统； 所述肌电信号(EMG)采集模块通过人体腿部肌肉表面的微弱肌电信号采集、放大、采样、数字滤波，得到肌电信号，并将采集到的肌电信号发送给肌电预估单元；所述肌电预估单元通过肌电信号的频率和幅度的计算可以得到肌肉的力量和疲劳程度，并给出对应当前肌肉的力量和疲劳程度的最佳骑行扭矩；所述骑行力度管理单元根据最佳骑行扭矩，从而对力矩电机系统中电机的扭矩进行控制；最终让人体肌肉感受到力度和骑行力度管理单元输出的扭矩一致，让骑行者有舒适的骑行感觉。 所述肌电信号采集模块包括信号表面电极、前置差分放大电路、高通滤波电路、主放大电路、低通滤波器、AD转换、工频数字滤波，所述信号表面电极采集到信号后，信号经过前置差分放大电路、高通滤波电路、主放大电路、低通滤波器、AD转换、工频数字滤波后得到肌电信号数据。 所述骑行力度管理单元通过其助力扭矩传感器得到当前骑行所用扭矩，将当前骑行所用扭矩值和肌电预估模块得出的最佳骑行扭矩相比较，调节力矩电机系统的当前电机输出扭矩，实现过程包括以下步骤： 步骤1：自行车开始骑行，根据预先设置的骑行扭矩大小参数，电机输出对应的扭矩，人体腿部肌肉开始主动收缩。 步骤2：腿部肌肉的主动收缩过程中，肌电信号采集模块实时采集得到肌电信号数据，并将肌电信号数据发送给所述肌电预估单元。 步骤3：所述肌电预估单元对肌电信号进行信号处理，得出肌电信号的时域的积分值、时域的方差值、频域的平均功率值和中值频率；根据这些值可以预估得到当前肌肉力度大小和疲劳程度，再通过OUT公式换算得到当前肌肉的最佳力度，即最佳骑行扭矩，所述肌电预估单元将最佳骑行扭矩输出给所述骑行力度管理单元。 步骤4：所述骑行力度管理单元将当前最佳力度(最佳骑行扭矩)和预先设置的扭矩进行比较，如果当前最佳力度小于预先设置的扭矩，骑行力度管理单元则控制电机系统中的电机增加电机扭矩，直到肌电预估值(肌电预估值通过OUT公式得到最佳骑行转矩)和预先设置的值相等，使骑行者需要输出较小的力量就能保持现在的骑行状态。 步骤5：如果当前最佳力度大于预先设置的扭矩，所述骑行力度管理单元则控制矩电机系统中的电机减小电机扭矩，直到肌电预估值和预先设置的值相等，使骑行者需要输出更大的力量才能保持现在的骑行状态。 步骤6：通过扭力传感器测出当前力度，如果当前力度大于设定最大阈值，或骑行卡路里大于阈值，骑行力度管理单元发出报警，提醒骑行者停止运动防止扭伤或运动过量。所述骑行卡路里正比于电机扭矩*转速。比例系数可根据实际使用电机来标定。

(1)本发明利用肌电信号和助力自行车相结合，提升了助力自行车的智能化。 (2)本发明根据肌肉的疲劳程序智能调节骑行扭矩极大的提高骑行舒适度，增加骑行感。 (3)根据对肌电信号预估肌肉的发力大小，发出警报，避免骑行扭伤。 (4)根据肌肉的疲劳情况和骑行卡路里大小，发出报警，避免运动过量。 (5)实时调节助力扭矩，极大的利用电能，增加了续航里程。