EMG (Elektromiyografi) kontrollü protez kol tasarımı

Abstract

Elekromiyografi (EMG) kasların kasılmasını sağlayan elektriksel aktivitenin izlendiği ve yorumlandığı bir kas inceleme tekniğidir. Tıbbi uygulamalarda, kasların ürettiği sinyallerin özellikleri, kas ya da sinirsel fonksiyonlardaki bozuklukların teşhisinde kullanılır. Mühendislik uygulamalarında ise, bu sinyaller elektrik ve mekanik sistemlere giriş olarak verilir. Öyle ki, çeşitli mühendislik prensiplerine dayanarak, sistem girdisi ne kadar küçük olursa olsun oldukça büyük bir sistem kazancıyla yüksek çıkışlar elde etmek mümkündür. Bu proje besleme devresi, EMG sinyal işleme ve motor kontrol devresi ile protez el mekanizması olmak üzere üç ana bölümden oluşur. EMG sinyal işleme aşamasında bir fark yükseltici, bant geçiren filtre ve sinyal doğrultucu kullanılır. Koldan elektrotlarla alınan EMG sinyalleri fark yükseltici ile belirli bir kazanç oranında yükseltilerek bant geçiren filtreden yine belli bir kazanç oranında tekrar yükseltilip geçirilir. Bant geçiren filtre ile elektronik devre elemanlarından, kol hareketinden ya da çeşitli çevresel etkilerden kaynaklanan gürültü büyük oranda yok edilir. Elde edilen analog sinyaller doğrultularak işlemcinin ADC ucuna verilir ve gerekli işlemler yaptırılarak step motorlar ile hareket sağlanır. Electromyography (EMG) is an instrumental technique used for registering the electrical signals which occur when the fibers within a muscle contract on receipt of a motor command from the brain's motor cortex. In medical applications, the properties of the signals generated from the muscles can be used to diagnose muscular or nerve dysfunctions. In certain engineering applications, however, the signals are used as inputs for electrical or mechanical systems. Many engineering principles are based on the ability to achieve a large system gain wherein the input to the system may be small and insignificant but leads to an output that is large in quantity. This project is composed of three main parts that subsequently are the power supply circuit, EMG signal processing circuit with motor control and the hand prosthesis mechanism. The EMG signal processing part is composed of a differential amplifier, a bandpass filter and a half-wave rectifier. EMG signals are first amplified via the differential amplifier to a constant gain and are then re-amplified via the bandpass filter to the final gain. Bandpass filter cancels out the noise caused by the electronic parts of the circuit, movements of the arm or various environmental conditions. The analog signal is rectified with the half-wave rectifier and then ADC of microcontroller is fed by this rectified signal. The microcontroller makes its decision and controls the movement of the prothesis.