УДК 617.57-77 + 004.5 Различные стратегии управления

УДК 617.57-77 + 004.5
Различные стратегии управления бионическим протезом руки с применением
электромиографии
Авторы: Кривошеев С.В. (Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург), Борисов И.И.
(Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург)
Научный руководитель: Резников С.С. (Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург)
Вопрос управления электромеханическими протезами остается открытым не только в
России, но и мире. Во многих странах, в крупнейших научно-технических центрах решаются
аналогичные задачи, то есть создаются модели рук, выполняющие самые разнообразные
действия (MIT, The University of Southampton…). Помимо этого подобными разработками
занимаются частные фирмы, например, FESTO, Touch Bionics (Scotland), Techno Concept
(France), что лишь подтверждает актуальность и важность этой темы. Данные исследования
направлены на то, чтобы система управления позволяла пациентам с большим удобством и
эффективностью применять протезы верхних конечностей. Данная работа является
составной частью проекта по созданию электромеханической руки, которая могла бы
выполнять основные движения, свойственные человеческой руке.
Кисть
руки
человека
является
одним
из
наиболее
совершенных
творений.
Её
многофункциональность, адаптивность, сложность и одновременно простота организации
движения – восхищают. Однако большинство современных протезов не могут обеспечить
возвращение той самой функциональности и адаптивности в силу конструкционных
особенностей и изъянов системы управления.
В нашем исследовании предлагается рассмотреть несколько стратегий управления
электромеханическим протезом кисти с применением технологии электромиографии (ЭМГ).
Варианты реализации нескольких стратегий управления обусловлены тем, что протезисты и
разработчики могут столкнуться с различными проблемами элементного и программного
характера (отсутствие необходимого кол-ва датчиков, слишком большое время обработки
сигналов и прочие)
Первая стратегия реализуется с помощью размещения трех электродов на трех мышечных
группах отвечающих за приведение следующих пальцев: i - большой палец, ii - указательный
+ средний, iii - мизинец + безымянный. Суть управления заключается в детектировании
мышечного сокращения отвечающего за движение i, ii или iii группы выше порогового
значения, позволяющего отсечь случайные мышечные сокращения и регулирования степень
сжатия пальцев в соответствии длительностью и амплитудой сигнала.
Разработка второй стратегии была обусловлена той мыслью, что исследователи могут
захотеть использовать всего один или два электрода для управления протезом. Существует
три условных сигнала, которые пациент посылает с помощью сокращения мышечной группы
и система понимает, что кисть должна сложиться в определенный жест. Аналогичные
сигналы приходящие повторно или с мышцы антагониста указывают системе на то, что
необходимо вернуться в начальное положение.
Третья
стратегия
позволяет
решить
задачу
управления
кистью
при
ампутации
затрагивающей запястье и часть предплечья. Четыре электрода располагаются около
локтевого сустава и с помощью алгоритма обработки сигнала на базе нейронной сети
позволяет интерпретировать те или иные мышечные сокращения в определенные движения
кисти.
Предложенные стратегии управления позволяют решить сложную задачу управления
электромеханическим протезом кисти, задают вектор для дальнейших исследований, а также
позволяют сформировать методологическую базу для проведения исследований и
дальнейших разработок в этой области. Помимо этого, разработанные алгоритмы в той или
иной мере позволяют вернуть утраченную функциональность пациенту, и позволяет ему не
только обслуживать себя, но и полноценно выполнять профессиональные функции.
Автор: Кривошеев С.В.
Подпись
Научный руководитель: Резников С.С.
Подпись
Заведующий кафедрой: Мусалимов В.М.
Подпись