Protesis Mioelectrica2

5/10/2018 Protesis Mioelectrica2 - slidepdf.com

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Jaime V, José C, Juan A, Miguel I, Gustavo D.

Resumen.- La amplitud de las señales EMG varía desde

los μV hasta un bajo rango de mV (menor de 10mV).Este proyecto consiste en usar la señal EMG para

realizar un análisis en Labview. Las señales serán

ingresadas con la ayuda de una tarjeta DAQ 6212.Una vez procesada la señal se manejara la prótesis.

1. INTRODUCCIÓN.

Con el avance tecnológico, cada vez se logra mejorar la

Construcción de sistemas de prótesis como extensiones

de algún miembro del cuerpo humano con características

esenciales como: flexibilidad, estética cosmética, peso

ligero y multifuncionalidad. Igualmente, la ciencia y la

ingeniería han realizado grandes avances en el área deprocesamiento digital de señales biomédicas como las

señales electromiográficas superficiales (EMG) y sus

aplicaciones en el control de dispositivos activos como

las prótesis mioeléctricas.

La amplitud, y las propiedades de las señales EMG tanto

en el dominio del tiempo como en la frecuencia

dependen de factores tales como:

El tiempo.

La intensidad de la contracción muscular. La distancia entre el electrodo y la zona de

actividad muscular. Las propiedades de la piel (por ejemplo el

espesor de la piel y tejido adiposo).

Las propiedades del electrodo y el amplifica

y la calidad del contacto entre la piel y

electrodo.

Los aspectos más importantes relacionados conadquisición y el análisis de señales EMG de superf

fueron tratados recientemente en un conse

multinacional llamado SENIAM: Surface EMG for

Non-Invasive Assessment of Muscles, donde se disc

desde la construcción del electrodo hasta su ubicación

La medición y la representación de las señales EMG

superficie dependen de las propiedades de los electro

y su interacción con la piel, el diseño del amplificado

la conversión y subsecuente almacenamiento de la se

de formato análogo a digital (A/D).

2. SEÑALES EMG.

Las señales EMG superficiales son esencialmente

patrón unidimensional, por lo que cualquier técnica

procesamiento de señales para extracción

características y reconocimiento de patrones se pu

aplicar a este tipo de señales.

La tendencia en el control de prótesis a partir de señaEMG obedece a que se constituye en la técnica m

sencilla de implementar por su facilidad en la obtencdel paciente.

La calidad de la señal EMG medida es usualmedescrita por la relación entre la señal EMG medida

ruido. La meta es maximizar la amplitud de la se

mientras se minimiza el ruido.

En gran parte la relación señal-ruido está determin

Señales Mioeléctricas.

Signals Myoelectric.Jaime F. Vele, José D. Cusco, Miguel F. Illescas.

Director: Ing. Fernando Urgiles.

Universidad Politécnica Salesiana.

[email protected], [email protected], [email protected].

Cuenca-Ecuador

mailto:[email protected]













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por los electrodos y el contacto con la piel. La siguiente

tabla muestra la magnitud y ancho de banda de la señales

biomédicas.

Tabla 1. Señales biomédicas.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.

El proyecto está estructurado de tal manera que se puede

seguir un orden y un análisis desde el musculo del

paciente hasta el tratamiento de la señal.

Paciente ElectrodosPre

AmplificaciónFiltro Pasa

Bajo

LABVIEW DAQPROTESIS

Figura 1. Diagrama de bloques.

3.1 ELECTRODOS.

Se pueden obtener señales Electromiográficas para el

estudio del movimiento utilizando electrodos de

superficie o intramusculares generalmente por pares(bipolares). La amplitud y anchura de banda de la señal

EMG no están determinada únicamente por las fuentes

electrofisiológicas y sus distancias hasta los electrodos,

sino también por los tipos y tamaños de electrodos

utilizados y por el espaciamiento entre electrodos. Loselectrodos de superficie van unidos a la piel sobre el

segmento muscular que se está estudiando. Para la

obtención de la señal se usa la configuración bipolar

se puede ver en la figura 2.

Figura 2. Ubicación Bipolar.

Los electrodos de superficie se utilizan para estudia

actividad de todo el músculo superficial. espaciamiento entre electrodos determina el volumen

registro o recepción del tejido, resultando

espaciamientos más pequeños en registros m

selectivos. Los electrodos de superficie suelen serranura, con pasta de electrodo llenando la cavidad p

conseguir más contacto con la piel y reducir

impedancia de los electrodos.

Los electrodos comercializados pueden ser desechab

como los electrodos Electrocardiográficos (ECG)reutilizables con una protección de plástico y un cu

adhesivo por ambos lados. Su diámetro va de 2 a 10 mpara la parte activa del electrodo. Los electrodos

cloruro de plata-plata (Ag-Ag Cl) con pasta de clorur

utilizan invariablemente debido a sus propiedadesestabilidad y reducción del ruido.

Figura 3. Electrodo Desechable.



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3.1.1 DISTANCIA ENTRE ELECTRODOS.

La normatividad define la distancia entre electrodos

como “la distancia entre centr os de las áreas de

conductividad de los electrodos”. Con respecto a la

distancia entre electrodos se recomienda que:

Los electrodos bipolares EMG de superficie

tengan una distancia entre electrodos de entre

20mm y 30mm.

Cuando los electrodos bipolares están siendo

aplicados sobre músculos relativamente

pequeños, la distancia entre electrodos no debe

superar 1/4 de la longitud de la fibra muscular.

Las señales están altamente relacionadas con la posición

del electrodo sobre el músculo de interés. El objetivo alubicar los electrodos es conseguir una ubicación estable

donde se pueda obtener una buena señal

electromiográfica.

Los electrodos se pueden ubicar sobre la superficie de lapiel de manera longitudinal, o transversal.

Longitudinal: la recomendación es ubicar el

electrodo bipolar en la zona media del músculo.

Transversal: la recomendación es ubicar el

electrodo bipolar sobre la zona media del

músculo, de tal forma que la línea que une los

electrodos, sea paralela con el eje longitudinal

del músculo.

Figura 4. Ubicación de electrodos.

4. TARJETA DAQ 6212 National Instrument

16 entradas analógicas (16 bits, 400 kS/s)

2 salidas analógicas (16 bits a 250 kS/s), 32 E

digitales, dos contadores de 32 bits

Energizado por bus USB para una mayormovilidad, conectividad de señal integrada

NI signal streaming para transferencia de dato

bidireccional a alta velocidad en USB; la vers

OEM está disponible

Compatible con LabVIEW, ANSI C/C++, C#

Visual Basic .NET y Visual Basic 6.0

El software de NI-DAQmx y software

interactivo LabVIEW SignalExpress LE para

registro de datos

Figura 5. DAQ 6212. [11]

5.

PREAMPLIFICACIÓN.La señal generada por un musculo tiene una amplitud

0 volt (en reposo, es decir, cuando no existe contraccmuscular) y 250 µV durante la contracción.

Debido a que las señales mioeléctricas son de bajo va

ruidos o artefactos como el ruido ambiente o en ma

medida el ruido de línea (50Hz – 60Hz) pueden provouna falsa interpretación de los resultados.

Por lo tanto, el preamplificador de la unidad procesamiento necesita ser no solo lo suficienteme

sensible como para detectar y amplificar las peque

señales sino que también debe discriminar los ruido

artefactos de manera de visualizar solo activi

Electromiográfica.

Los amplificadores diferenciales permiten rechazar g

parte del ruido externo. Los amplificadores



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Instrumentación cumplen con esas características y están

especialmente construidos para propósitos de

instrumentación médica.

Figura 6. Preamplificación.

El acople de aislamiento e impedancia del electrodo de

referencia: Tiene dos objetivos, el primero es colocar el

electrodo de referencia a una tierra activa aislada de la

tierra eléctrica del circuito con el propósito de

suministrar seguridad eléctrica al paciente; y el segundo,

atenuar el voltaje de modo común que afecta los

terminales de entrada del amplificador de

instrumentación.

Figura 7. Referencia y Apantallamiento.

La Pre-Amplificación: Para este propósito se utilizó un

amplificador de Instrumentación de configuración típica

con la diferencia en que el pin 5 (Ref) no va conectado a

tierra, sino a un circuito que tiene como función elim

las señal DC presente en los circuitos.

6. ACONDICIONAMIENTO.

Con este circuito se realiza un filtro pasa bajo p

eliminar las señales que pueden generar aliasing

además se tiene una ganancia de 100.

Figura 8. Acondicionamiento DAQ.

7. PROGRAMA EN LABVIEW.

Figura 9. Programa Labview.

Ingreso 1

Ingreso 2

SALIDA

X

3

26

4

7

8 5

1

U2

AD620

R6

470k

R7

470k

C122p

R8

2.6k

R9

2.6k

+9V

-9V

10

98

4

1 1

U1:C

TL074

C2

100n

R10

1.3M

Referencia

Apantallamiento de la Referencia

X

3

21

4

1 1

U1:A

TL074

5

67

4

1 1

U1:B

TL074

R1

10k

R2

10k

R3

10k

-9V

9V

R410k

R5

10k

PREFILTRADO

C3

220n

R1110k

12

1314

4

1 1

U1:D

TL074

R12

10k

R13

100k



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8. FILTRADO DIGITAL.

La gran ventaja de trabajar con labview es que la

mayoría de procesos matemáticos se encuentran en

bloques que pueden ser usados en la programación. Por

ejemplo existe un bloque para filtrado como el siguiente.

Figura 10. Bloque de Filtrado.

Características:

Pasabanda.

Frecuencia 1 = 80Hz.

Frecuencia 2 =500Hz.

Tipo = Butterworth

Orden = 20.

Salida como señal.

9. ESPECTRO DE FRECUENCIAS.

En labview es tan sencillo graficar el espectro de

frecuencias. Esta herramienta es de gran ayuda para

poder visualizar las frecuencias predominantes en cada

movimiento de los dedos en estudio. Según la intensidad

de la contracción se puede observar un incremento en los

picos de frecuencia. En este proyecto se está usando un

ventaneado de hanning que permite eliminar los tallos

del espectro.

Figura 11. Bloque que calcula espectro.

10. CONCLUSIONES.

El objetivo planteado fue el de tomar la mayor canti

de señales posibles para poder reconocer el movimie

de los diferentes dedos de la mano.

Con el uso de cables de paciente y electrodos de clor

de plata las señales medidas son de mejor calida

permiten obtener datos más confiables.

Cuando el musculo esta en reposo la amplitud de la se

no supera los 0.3V, en cambio cuando ocurre

contracción se tiene pulsos de hasta 4V.

La tarjeta DAQ se encarga de obtener la señal desde

amplificadores para luego dar tratamiento y poder te

una salida que pueda manejar la prótesis.

La señal obtenida está limitada al rango entre 20 y

Hz ya que las frecuencias dominantes se encuent

dentro de este rango.

Como el análisis se lo realizo en tiempo simplement

uso un bloque que calculaba el valor RMS de la seña

ingreso. El principio de funcionamiento es el siguie

este bloque toma automáticamente varias muestras p

luego aplicar la fórmula del valor RMS, este proceso

ejecuta de forma continua. Este valor es comparado



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un umbral y de esta manera es detectado el movimiento

de los dedos.

Luego se realiza el control de los servos existentes en la

mano robot.

11. REFERENCIAS.

[1] www.dalcame.com

[2] Relation of human Electromyogram to muscular

tension.VERNE T. INMAN.

[3] Feature Extraction & Classification Techniques for

Biosignal Processing. E.M. Tamil, N.S. Bashar.

[4] Signals and Systems in Biomedical Engineering.

Suresh R. Devasahayam.

[5] DAS EMG-Buch. Christian Bischoff, Bastian

Conrad.

[6] EMG-NLG Christian Bischoff, Bastian Conrad.

[7] Surface Electromyography. Eleanor Criswell.

[8] Electromyography. Roberto Merletti.

[9] EMG-ENG Peter Vogel.

[10] Manual Inventor 9.0

[11]http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/20

7096

http://www.dalcame.com/



http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/207096







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