طراحی و پیاده سازی رابط کنترلی برخط برای پروتز زانو بر پایه سیگنال های الکترومایوگرافی

هدف این مقاله، طراحی یک رابط کنترلی برخط برای پروتز زانو بر پایه سیگنال های الکترومایوگرافی ماهیچه های فعال بخش ران است. با توجه به ماهیت متغیر با زمان سیگنال های الکترومایوگرافی، ترجمه این سیگنال ها به دستورات مناسب جهت پیاده سازی عملی با چالش هایی همراه است. نخستین گام طراحی رابط مورد نظر، طراحی و ساخت یک بستر آزمون مناسب برای پیاده سازی عملی رابط طراحی شده است. بدین منظور پروتز زانویی با استفاده از مکانیزم عملگر سری الاستیک طراحی و ساخته و با مطالعه مبانی آناتومی ماهیچه ای و شناسایی ماهیچه های فعال در چرخه راه رفتن، نمونه هایی از سیگنال های الکترومایوگرافی اندازه گرفته شده است. سپس، به منظور هموارسازی سیگنال ها، کاهش سطح نویز و کاهش ابعاد سیگنال ها از روش فیلترکردن و تقسیم کردن با پنجره های زمانی مجاور استفاده شده و شبکه عصبی با تاخیر زمانی به منظور نگاشت بین ویژگی های منتخب استخراج شده از سیگنال های الکترومایوگرافی و متغیرهای سینماتیکی مفصل زانو به کار رفته است. شبکه عصبی زاویه و سرعت زاویه ای مفصل زانو در حالت بدون وزن و در حالت راه رفتن به صورت خارج از خط با دقت ۰.۸۵ (R۲) تخمین زده می شود. جهت پیاده سازی تخمین برخط موقعیت زاویه ای مفصل زانو، آزمون هایی انجام شد که نتایج حاصل بیانگر استفاده از ویژگی های حوزه زمان و شبکه عصبی با تعداد ۵۰ نورون در لایه مخفی و میزان تاخیر ۲ ثانیه است. پس از طراحی رابط کنترل برخط برای تخمین موقعیت زاویه ای مفصل زانو، روی بستر آزمون ساخته شده پیاده سازی صورت گرفته که نتایج نشان دهنده ردیابی مناسب ساختار کنترلی برخط طراحی شده است.

Keywords:

Knee Prosthesis , Electromyography Signals , Online Control Interface , Time-Delayed Neural Network , سیگنال الکترومایوگرافی , پروتز زانو , رابط کنترلی برخط , شبکه عصبی تاخیردار