Инженерный журнал: наука и инновации
# 6·2017 1
УДК 004.896:007.5:62-529 DOI 10.18698/2308-6033-2017-6-1623
Применение данных электромиографии в системах
управления экзоскелетными устройствами
© А.И. Гаврилов, Со Со Тав У
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Рассмотрены вопросы построения биоинформационной системы на основе данных
электромиографии. Предложена многоуровневая структура обработки ЭМГ-
сигналов, отражающая информацию о движении лучезапястного сустава и обес-
печивающая определение типа движения с использованием классификатора на
основе нечеткой логики. Классификатор типа движений лучезапястного сустава
продемонстрировал высокую точность (вероятность) распознавания (до 93 %) в
режиме реального времени. Представленная структура программно-аппаратной
системы анализа данных электромиографии и алгоритмы детектирования дви-
жений могут быть использованы как для лабораторных исследований, так и для
прототипирования систем биоуправления экзоскелетными устройствами.
Ключевые слова:
нечеткая логика, электромиография, распознавание образов,
биоуправление, прототипирование, экзоскелетное устройство
Введение.
Неинвазивная электромиография (ЭМГ) является эф-
фективным средством реализации человеко-машинных интерфейсов в
современных мехатронных системах. Наиболее перспективная сфера
применения биоинформационных систем на основе данных ЭМГ —
создание экзоскелетных устройств с биоуправлением [1]. Данные
устройства относятся к человеко-машинным системам, применяемым
для расширения функциональных возможностей человека. Так, реаби-
литационные экзоскелетные устройства предназначены для восстанов-
ления двигательных функций конечностей человека. Эти устройства
предоставляют возможность движения по заданной программе для реа-
билитации конечностей человека, утративших по каким-то причинам
двигательную функцию, или дают возможность парализованной ко-
нечности манипулировать объектами с компенсацией сил тяжести.
Другой тип экзоскелетов включает устройства, предназначенные для
разгрузки. Их цель — обеспечить распределение нагрузки на элемен-
ты конструкции при ходьбе или поднятии тяжестей. Применение та-
ких типов экзоскелетных устройств актуально в чрезвычайных ситу-
ациях, а также при выполнении задач, связанных с перемещением
тяжелых грузов. Экзоскелеты, созданные для работы с объектами
виртуальной реальности, позволяют ощутить эти объекты и воздей-
ствовать на них.
Модели экзоскелетной системы.
В работе рассматриваются
обобщенная функциональная модель экзоскелетной системы и кине-