Realizujte ovládání protetické ruky na vývojové desce FRDM-K64F. K ovládání využijte EMG signál ze svalů na předloktí. K získání signálů sestrojte vhodný zesilovač a výstup přiveďte na AD převodníky. Vyhodnocení pohybu zobrazte na PC vhodnou animací.

V moderních protézách se kromě lehčích a robustnějších materiálů hlavně ve formě karbonových vláken setkáváme stále častěji i s elektronikou. Myoelektrické protézy fungují na principu kontinuálního měření tzv. elektromyogramu (EMG), signálu, který vzniká ve svalu když se mění jeho konformace. Signál se snímá povrchovými elektrodami a když překročí danou mez, protéza se aktivuje. V roce 2013 se vyvinula první protéza ovládná čistě vůlí a permanentně upevněna na kost.

Vstupní signály jsou snímany na šesti místech těla, vždy kladná, záporná a referenční svorka (3 elektrody pro biceps a 3 pro předloktí). To dovoluje získat a vyhodnotit dva druhy pohybu. Jako předzesilovače slouží dvě měřící jednotky MP-35 od firmy Biopac. Zesílené nefiltrované signály jsou přivedeny na analogové vstupy procesoru. V procesoru se EMG signály vzorkují frekvencí 1 kHz. Filtrace je realizována pomocí IIR filtrů. Výsledné vyhodnocení je posíláno přes sériovou linku do PC, kde jsou míry zvednutí a otočení ruky zobrazeny v čase.

Umístění elektrod lze názorně vidět na obr. 1. Snímané signály jsou v rozsahu od -1,5 po 1,5 mV. Jsou přivedeny na vstupní kanál měřící jednotky MP-35, ta je zesílí 2000-krát, takže na výstupu se pohybují hodnoty od -3V až 3V, které se přivedou na vstupy AD převodníku procesoru FRDM-K35F, kanály A0 a A5 a na osciloskop pro vizualizaci. Měřící jednotka má pouze jeden analogový výstupní kanál, takže bylo potřeba využít dvě jednotky, jedna pro snímání signálu z bicepsu, druhá z předloktí. K jednotkám je dodáván software Student Lab, kde ve verzi Pro lze libovolně nastavit zesílení i filtraci vstupních dat. Měřená data jsou zobrazována na počítači.

Specifikace použitého procesoru je možné najít například zde: https://developer.mbed.org/platforms/FRDM-K64F/

  Obr. 1 Umístění elektrod

  Obr. 2 Ukázka elektrody

  Obr. 3 Měřící jednotka

  Obr. 4 Vývojový kit s FRDM-K64F 

  Obr. 5 Ukázka naměřeného EMG signálu    

Filtrace obou EMG signálů je realizována pomocí IIR charakteristice založené na Butterworth pásmové propusti s mezními frekvencemi 20 a 50 Hz.