Control method of the wearable manipulator based on EMG signals

Abstract

Integracja człowieka z egzoszkieletem -tak, aby poprawnie odzwierciedlał on zamiary użytkownika w zakresie ruchu kończyny górnej -wymaga zastosowania odpowiedniej metody sterowania, zawierającej algorytm wykrywania intencji. W artykule przedstawiono założenia dotyczące budowy egzoszkieletu kończyny górnej, a także proponowaną procedurę badawczą oraz wstępnie opracowane metody sterowania manipulatora wspomagającego, bazujące na analizie charakterystyki sygnału elektromiograficznego (EMG) oraz zastosowaniu sieci neuronowych. SŁOWA KLUCZOWE: egzoszkielet, metoda sterowania, EMG Human integration with the exoskeleton, so that it correctly reflects the intentions of the user, requires the use of an appropriate control method containing an intent detection algorithm. The article presents the assumptions concerning the construction of the upper limb exoskeleton, the preliminary research procedure and the pre-developed methods of controlling the assistance manipulator based on the analysis of the electromyographic signal (EMG) characteristics and the use of neural networks. KEYWORDS: exoskeleton, control method, EMGWe współczesnym świecie bardzo ciężka praca fizyczna została niemal całkowicie wyeliminowana dzięki mechanizacji i automatyzacji wielu dziedzin życia. Istnieją jednak sytuacje, gdy człowiek jest niezastąpiony, jednak siła jego mięśni okazuje się niewystarczająca do realizacji powierzonych mu zadań. Dotyczy to sytuacji awaryjnych, np. wypadków czy katastrof, gdy od ratowników wymaga się użycia sporej siły (potrzebnej np. do przenoszenia rannych), a także takich przypadków, jak pielęgnacja chorych. Szczególną grupę stanowią osoby z niepełnospraw-nością, o ograniczonej sile mięśni. W ich przypadku praca zawodowa, a nawet proste czynności życia codziennego są znacznie utrudnione.We wszystkich tych sytuacjach do wspomagania czło-wieka można wykorzystać egzoszkielet, czyli system mechatroniczny mocowany na zewnątrz ciała człowieka, który ma na celu wzmocnienie siły jego mięśni [1]. Wspomagane urządzenia przeznaczone do kończyn górnych dzielą się na protezy i ortezy. Proteza jest sztucznym zamiennikiem brakującej części ciała, natomiast orteza to urządzenie ortopedyczne wykorzystywane do wspierania i korygowania ruchów kończyn w celu poprawy ich funkcjonalności [2]. Ortezy dzielą się na dwa główne rodzaje:• urządzenia konstruowane z myślą o wspieraniu efektorów użytkownika, • urządzenia, których poszczególne ruchome złącza są dopasowane do kolejnych stawów kończyny [3].Pierwszy typ ortez obejmuje rozwiązania wolnostojące, których zasadą działania jest przyłożenie siły do narzą-du wykonawczego tak, aby wspierać lub utrudniać jego ruch [4]. Ortezy drugiego typu, nazywane wspomaganymi egzoszkieletami, są urządzeniami nakładanymi na ciało użytkownika. Stawy robota oraz ich połączenia są dobrze dopasowane do stawów i kończyn użytkownika, a osie obrotu stawów robota powinny być ustawione zgodnie z anatomicznymi możliwościami kończyny górnej.Zrobotyzowane egzoszkielety są przedmiotem badań w takich dziedzinach, jak: rehabi...