بخشی از مقاله
چکیده
سیگنالهای الکترومایوگرام به طور گسترده ای در کنترل پروتز های مصنوعی دست انسان به کار برده می شوند و عدم توانایی تشخیص دقیق نوع حرکت اراده شده، از مشکلات اساسی این نوع پروتز ها است. از این رو در این مقاله سیگنالهای الکترومایوگرام از عضلات ساعد دست 12 فرد مختلف ثبت شده و به منظور تشخیص سه نوع حرکت مشابه دست به کار رفته است.
برای داده های ثبت شده روش های مختلف پیش پردازش انجام شد. سپس ویژگی های زمانی و فرکانسی و زمان-فرکانس از هر داده استخراج شدند. نوآوری این مقاله بررسی حرکات بسیار شبیه به هم و استفاده از ماشین بردار پشتیبان بهینه برای طبقه بندی این حرکات است که این سه نوع حرکت مشابه را با میزان صحت %75 از یک دیگر تفکیک می کند. برای بررسی میزان اعتبار روش پیشنهادی دسته دیگری از داده ها برای حرکات با شباهت کمتر نسبت به هم ثبت شدند تا بتوانیم نتایح حاصل را با مقالات مشابه مقایسه نماییم. این روش حرکت های دسته دوم داده ها را با دقت % 96 تفکیک می نماید.
مقدمه
نقص یا از دست دادن دست باعث تضعیف شدید جسمی و اغلب روانی می شود. فرد قطع عضو شده به یک دستگاه پروتزی کارامد نیاز خواهد داشت که بتواند فعالیت های مورد نیاز زندگی روزانه را انجام دهد
بنابراین سعی در طراحی پروتزی شده است که بتواند حداقل بخشی از توانایی های فردی که دچار قطع عضو از ناحیه مچ شده است را به وی برگرداند. البته در جهت رسیدن به فایده های بیشتر در دست مصنوعی، پس از توسعه تکنولوژی الکترونیک مسئله استفاده از سیگنالهای الکترومایوگرام - - EMG در کنترل دست مصنوعی مطرح گردید
از اولین دستهای ساخته شده تا دستهای نوین امروزی، دو چالش عمده به چشم می خورد: یکی شناخت دست طبیعی و چگونگی عملکرد آن ودیگری کنترل حرکت. اولین چالش منجر به ساخت دستهای تکامل یافته تر بر پایه EMG گردید وچالش دوم با توجه به تکنولوژی روز به بهبود کنترل پرداخته است. دست پروتزی شبه انسانی اغلب روی فرد قطع عضو نصب می شود و با استفاده از سیگنال عضله - - EMG قابل کنترل است
روش تحقیق
EMG مجموع پتانسیلهای عمل - - AP فیبرهای عضلانی در زیر الکترودهای نصب شده بر روی پوست است. هر چه عضلات بیشتری برانگیخته شود AP های بیشتری ثبت میشوند و دامنه EMG بیشتر میشود . سطحی یک روش رایج اندازه گیری است زیرا که غیر تهاجمی بوده و میتواند توسط افراد غیر پزشک و با کمترین ریسک نسبت به فرد ثبت شود
داده ها
از یک دستگاه ثبت سیگنال الکترومایوگرام پرتابل چهار کاناله استفاده کرده ایم. الکترودهای این دستگاه اکتیو و از نوع دو قطبی1 و سطحی هستند که دارای گین ثابت 300 و فیلتر میانگذر داخلی 500-25 هرتز است. که دستگاه و الکترود های آن در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 دستگاه و الکترود های ثبت سیگنال
داده های مورد نیاز با فرکانس نمونه برداری 1 کیلو هرتز، از سه عضله مختلف ساعد دست برای سه نوع حرکت باز و بسته2 شدن کف دست شامل باز و بسته شدن پنج انگشت با هم، باز و بسته شدن چهار انگشت با هم و بازو بسته شدن انگشت شست که بسیار حرکات مشابهی هستند ثبت شد. در شکل 2 انواع حرکت نمایش داده شده است.
شکل :2 انواع حرکت دست ثبت شده
نوع حرکت یک :باز و بسته شدن پنج انگشت
نوع حرکت دو :باز و بسته شدن چهار انگشت
نوع حرکت سه :باز و بسته شدن انگشت شست
سیگنالها از 12 نفر در محدوده سنی 15 تا 40 سال و در دو جنسیت زن و مرد ثبت شدند. در هر ثبت سیگنال از فرد خواسته شد تا هر حرکت را 20 بار متوالی تکرار کند و این نوع ثبت برای هر نفر در سه روز مختلف تکرار شد.
پیش پردازش:
برای پردازش داده ها از نرم افزار متلب R2017b استفاده شده است. سیگنال EMG تحت تاثیر نویز های مختلفی شامل: نویز برق شهر، نویز سایر تجهیزات الکتریکی، آرتیفکت های حرکتی و ... است. فرکانس کاریEMG بین 15 تا 450 هرتز می باشد و می توان این نویز ها را با استفاده از فیلتر میان گذر باتر ورث مرتبه 4 با محدوده فرکانسی 15 تا 450 هرتز و فیلتر ناچ IIR با فرکانس قطع 50 هرتز حذف کرد. شکل 3 نمونه سیگنال بعد از پیش پردازش را نشان می دهد.
شکل :3 سیگنال ناشی از تکرار حرکت نوع یک بعد از فیلتر میان گذر و فیلتر ناچ
