Protez elin değişken hızla denetimi: Donanım ve tasarımı

Abstract

İnsan vücudu tarafından üretilen EMG (elektromiyografi), EEG (elektroenselografi) gibi biyolojik işaretler, günümüz ticari ve akademik çalışmalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Kasların kasılması sonucu sinir ve kaslarda oluşan elektriksel değişim deri yüzeyinde bir potansiyel fark oluşturur. Bu elektriksel aktivitenin deri yüzeyinden ölçülmesiyle yüzey EMG işaretleri (yEMG) elde edilir. yEMG işaretinin tepeden tepeye genliği 0-10 mV, sıklığı ise 0-500 Hz aralığındadır. Genliği küçük olan bu biyolojik işaretten doğrudan veri edinimi mümkün değildir. Bunun için bazı yükseltme ve süzme aşamalarının uygulanması gerekmektedir. Günümüzde, insan robot etkileşimi içeren uygulamalarda ve protez uygulamalarında işlenmiş yEMG işareti sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada da öncelikle bir deneysel protez el tasarımı yapılacak ve ardından ticari protez ellerin etkinliğine sahip bir denetim yöntemi önerilecektir. Daha sonra önerilen bu yöntem ile deneysel el denetlenecektir.Tezin ilk bölümünde EMG işaretlerinin tarihsel süreci, bu konu hakkındaki kaynaklar irdelenerek incelenmiştir ve ardından tezin amacı ile kapsamı belirtilmiştir. Daha sonraki bölümde yEMG biyolojik işaretinin oluşumu ve özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde, yEMG işaretinin eldesi ve işaretin işlenme yöntemleri irdelenmiştir. Ticari yEMG denetimli protez el örneklerinin verildiği dördüncü bölüm ardından beşinci bölümde literatürdeki ve ticari uygulamalardaki sabit hızlı denetim yöntemleri incelenmiştir. Yine beşinci bölümde, değişken hızlı denetim yöntemlerinden mayo darbe denetim yöntemi ve tez kapsamında geliştirilen bir oransal denetim yöntemi açıklanmıştır. Mayo darbe ve önerilen oransal denetim yöntemi deneysel el üzerinde uygulanarak sonuçları paylaşılmıştır. Tezin altıncı bölümünde ise tartışma, sonuçlar ve öneriler ile çalışma sonlandırılmıştır.

Nowadays human body sourced biological signals like EMG and EEG are frequently used in commercial and academic studies. In this study surface EMG (sEMG) signal which produced on the skin surface by a contracted muscle is used. Typical sEMG signal has 0-10 mV amplitude (pick to pick) and 0-500 Hz frequency range. Because of the low amplitude ,it is not possible to acquire information directly from this biological signal. Therefore special amplifying and filtering operations have to be implemented. Nowadays the proceeded sEMG signals are often used in human-robot interactions and prothestetic implementations.In this study a prostetic hand contol methdod which has commercial capability will be presented and an experimental prosthetic hand will be designed.After that the designed hand will be contolled by sEMG signals.In the first chapter of the study, the content and the purpose of this thesis are given. After this chapter how sEMG signal has bring out and what the proporties of this signal will be given. In the third chapter, the methods of acquiring and processing the sEMG signal in literature and the academic sources will be examined. Following the fourth chapter which has been given the commercial samples of sEMG controlled prosthetic hands, in the fifth chapter constant speed controlling methods used in the literature and the commercial prostheses are observed. In the fifth chapter, variable speed control methods - myo-pulse control method and a novel proportional control method- are explained and implemented on experimental prosthetic hand which has been designed in this study. In the sixth part of the thesis, the study is ended with discussion, results and suggestions.