Informe Ejemplo Emg

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN ELECTROMIOGRAFO. Con interface Arduino

 Abstract   —Este documento contiene un resumen del procedimiento por el cual se pudo controlar el movimiento de un serv servom omoto otorr medi median ante te impu impuls lsos os eléc eléctr tric icos os gene genera rado doss por por movimientos musculares. musculares.

I. INTRODUCCIÓN En la !lti"a d#cada el au$e tecnol%$ico& el a'ance en "ateri "ateriaa de co"(ut co"(utaci aci%n %n e infor" infor")tic )tica& a& * la reducc reducci%n i%n de coto en "ateriale electr%nico +a (er"itido ,ue d-a a d-a el dearr dearrollo ollo de (r%te (r%tei i (ara (ara (eron (erona a con a"(uta a"(utacio cione ne de etre"idade ea un (rocedi"iento t#cnico * co"ercial " uc+o ") encillo. Por ende& ende& en ete ete e(eri e(eri"en "ento to e /uc% /uc% incor( incor(ora orarr la tecnolo$-a electr%nica in"era en el )rea /io"#dica& (ara dar  una oluci%n efecti'a al controlar controlar un er'o"otor er'o"otor "ediante i"(ulo el#ctrico $enerado (or lo "!culo

II.

MRCO TEÓRICO

La ca(ta ca(taci% ci%nn de la e0ale e0ale el#ctr el#ctrica ica (roduc (roducida ida (or lo "!culo durante una contracci%n "ucular e conoce co"o elec electr tro" o"io io$r $raf af-a. -a. Eta Eta e0a e0ale le on on $ene $enera rada da (or (or el interca"/io de ione a tra'# de la "e"/rana de la fi/ra "uculare de/ido a una contracci%n "ucular. Lo ,ue la $ente $ente conid conidera era nor"al"e nor"al"ente nte un "!cul "!culoo 1(or  1(or  e2e"(lo& el /-ce( de lo /ra3o4 conta de "ile de c#lula indi'iduale indi'iduale&& en'uelta en'uelta en te2ido conecti'o. conecti'o. Co"o la c#lula c#lula "ucul "ucular are e tienen tienen una for"a for"a elon$a elon$ada& da& con frecue frecuenci nciaa e lla"an fi/ra. La fi/ra "uculare et)n di(ueta en +ace lla"ado lla"ado fac-culo fac-culo&& ,ue e encuentra encuentrann en'uelto en'uelto en te2ido conecti'o. La elec electr tro"i o"io$ o$ra raff-aa 1EMG 1EMG44 con coni ite te /)i /)ica ca"e "ent ntee en la ad,ui ad,uiici% ici%n& n& re$itr re$itroo * an)lii an)lii de la acti'id acti'idad ad el#ctr el#ctrica ica $enerada en ner'io * "!culo a tra'# de la utili3aci%n de elec electr trod odo o 1u( 1u(er erfi fici cial ale e&& de a$u2a a$u2a&& i"(la i"(lant ntad ado o4. 4. La La "edicione etra-da de EMG (ro(orcionan una infor"aci%n

'alioa acerca de la fiiolo$-a * lo (atrone de acti'aci%n "ucular. Dic+a infor"aci%n refle2a la fuer3a ,ue on $enerada (or  lo "!culo * la te"(ori3aci%n de lo co"ando "otore. Ade")& (uede uare en el dia$n%tico de (atolo$-a ,ue afect afectan an al Site" Site"aa Ner'io Ner'ioo o Perif# Perif#ric rico& o& la alterac alteracion ione e funcionale de la ra-ce ner'ioa& de lo (leo * lo tronco ner'ioo (erif#rico& a- co"o de (atolo$-a del "!culo * de la uni%n neuro"ucular. La a"(litud de la e0ale EMG 'ar-a dede lo 56 +ata un /a2o ran$o de "6 " 6 1"enor de 78"64. La a"(litud& * la (ro(iedade de la e0ale EMG tanto en el do"inio do"inio del tie"(o tie"(o co"o en la frecu frecuenc encia ia de(end de(enden en de fact factor ore e tale tale co"o co"o99 El tie" tie"(o (o * la inte inten nid idad ad de la contracci%n "ucular& La ditancia entre el electrodo * la 3ona de acti'idad "ucular& La (ro(iedade de la (iel 1(or e2e"(lo el e(eor de la (iel * te2ido adi(oo4& La (ro(iedade del electrodo * el a"(lificador * la calidad del contacto entre la  (iel * el electrodo. Lo a(ecto ") i"(ortante i "(ortante relacionado con la ad,uiici%n * el an)lii de e0ale EMG de u(erficie fueron tratado reciente"ente en un coneno "ultinacional lla"a lla"ado do SENI SENIAM AM99 Surf Surfac acee EMG EMG for for t+e t+e Non: Non:In In'a 'ai i'e 'e Ae Ae "e "ennt of Muc ucle& le& don donde e di dicute cute de dede la contrucci%n del electrodo +ata u u/icaci%n. La "edici%n * la re(reentaci%n de la e0ale EMG de u(erficie de(enden de la (ro(iedade de lo electrodo * u interacci%n con la  (iel& el die0o del a"(lificador * la con'eri%n * u/ecuente al"ace al"acena" na"ien iento to de la e0al e0al de for"ato for"ato an)lo$ an)lo$oo a di$ita di$itall 1A;D4. La calidad de la e0al EMG "edida e uual"ente decrita (or  la relaci%n entre la e0al EMG "edida * la contri/ucione de ruido indeeada (or el a"/iente. La "eta e "ai"i3ar la a"(litud de la e0al "ientra e "ini"i3a el ruido. Au"iendo ,ue el die0o del a"(lificador * el (roceo de con'eri%n A;D et)n (or enci"a de lo et)ndare ace(ta/le& la relaci%n entre la e0al * el ruido et) deter"inada cai

eclui'a"ente (or lo electrodo& * ") e(ec-fica"ente& la  (ro(iedade del electrodo * el contacto con la (iel. La contracci%n de fi/ra "uculare $enera acti'idad el#ctrica ,ue (uede er "edida (or electrodo fi2ado a la u(erficie de la (iel (r%i"a al $ru(o "ucular. La e0al EMG u(erficial "edida uando electrodo ,ue "onitori3an la acti'idad de "!lti(le fi/ra "uculare (uede er "odelada co"o un (roceo etoc)tico 'ariante en el tie"(o con "edia cero.
En la fi$ura 7 e "uetra la (ri"era eta(a del EMG& conitente en un a"(lificador o(eracional diferencial& conocido co"!n"ente co"o a"(lificador de intru"entaci%n. Ete di(oiti'o (er"ite ca(turar la diferencia de e0ale el#ctrica ,ue accionan la contraccione "uculare * a"(lificarla a un ni'el "a*or. En ete cao& la $anancia de a"(litud de la (ri"era eta(a e de 778& e decir& el 'olta2e $enerado (or el "!culo er) a"(lificado 778 'ece. Eta e0al& a (ear de ,ue *a fue a"(lificada& de/e er  a"(lificada nue'a"ente. La fi$ura ? "uetra la eta(a de a"(lificaci%n& (ara la cual e i"(le"ent% el OP AMP TL8@. Eta eta(a e un a"(lificador in'eror con $anancia 7B. R4

Eta de'iaci%n et)ndar e uada (ara a(roi"ar la "a$nitud de la acti'idad el#ctrica "ucular& referida co"o la a"(litud EMG. La a"(litud EMG tiene una 'ariedad de a(licacione& tale co"o la e0al de control (ara (r%tei "ioel#ctrica& eti"acione er$on%"ica& ite"a de reali"entaci%n 1=iofeed/ac>4& * ta"/i#n +a ido uada (ara eti"ar el (ar  aociado a una articulaci%n.

          S       V

 

150K

TL074CN:A        1        1

2

R3

1 3

10K

TL074

      4

El intru"ento dearrollado ca(ta la e0ale (ro'eniente de lo "!culo del (aciente (or "edio de electrodo locali3ado en la 3ona co"(ro"etida& "ientra el (aciente re$ula de "anera conciente o 'oluntaria la contracci%n o rela2aci%n de lo $ru(o "uculare a tra'# de lo indicadore 'iuale ,ue  (oee el e,ui(o. La e0ale (ro'eniente de lo electrodo de la 3ona "ucular  afectada& on inte$rada * $raficada en for"a (ro(orcional a lo ni'ele de contracci%n * rela2aci%n del "!culo& de "anera ,ue cuando el "!culo et) teno la $r)fica e ele'a * cuando el (aciente rela2a el "!culo& la "i"a deciende. Utili3ando un "ecani"o u/conciente& el (aciente a(rende a controlar  lo ni'ele de la $r)fica * de eta "anera e entrena (ara ir  au"entando $radual"ente la intenidad de la contraccione.

     +        S       V

Fi$ura ?. A"(lificador in'eror. Ganancia 7B

Dado ,ue cuando una e0al deeada e a"(lifica& eiten e0ale (ar)ita ,ue olo ditorionan la infor"aci%n ,ue real"ente e deea recu(erar& dic+a e0ale e conocen co"o ruido& ,ue (ara u(ri"irla de nuetra e0al& e de/en rec+a3ar.

Eta tarea e lo$ra filtrando la e0al con un filtro (aa alta. La fi$ura  "uetra la eta(a de filtrado de la e0al.

III. !ROCEDIMIENTO DE"RRO##DO R6

Adquisicion de Señal 150K           S       V

     +        S       V

R1

TL074CN:B 1M

C3

7

INPUT

       1 1

R5

5

3

3

2

0.01u

6

1

150K

6 7 5

TL074

2 1

      4

SIL-100-03 4

INA106

INA106

R2 1M

         S       V

     +        S       V

Fi$ura . Filtro (aa alta con Fc78.7 <3 Fi$ura 7. Eta(a de ca(tura de e0al.

OP2


En la fi$ura  e "uetra la !lti"a eta(a del EMG.  en la fi$ura @ Se o/er'a el circuito co"(leto.

La (latafor"a Arduino %lo ad"ite ni'ele (oiti'o (ara  (oder con'ertirlo a dato di$itale "ediante u con'ertidor  ADC. Por ello& en la fi$ura  e "uetra la eta(a de rectificado de la e0al o/tenida.

20K

POT

         S       V

TL072:B         4

6

R14 R10

R8

7

R11

10K

10K

10K

         S       V

        1         1

9

OP2

13 8

10K

      8

TL074CN:D

        1         1

R7

TL072

         S       V

D1 TL074CN:C1N4148

Vu!

5

1K

10

14  

TL074

12

     +        S       V

R12 80.2K

TL074       4

4

D2      +        S       V

 

1N4148

     +        S       V

R9

Fi$ura . A"(lificaci%n final re$ula/le

10K

Adqui sicion de Señal

Fi$ura . Eta(a de rectificado de la e0al.

Amplificación

3

4

INA106

150K

0.01u

6

R2

7 5

OP2

TL074

       4

1M      +       S       V

Rectificación

     +       S       V

Suavizado R8

R10

10K

10K

D1

80.2K           S        V

          S        V

TL074CN:D

TL072:A

       1        1

 

12

2 1

80.2K

3

TL074        4

R14 1K

6 7 5

 

4

 

D2

TL072:B 4

R12

14

TL074

 

       4

13 8

10

POT

R13

10K

9

10K

20K

C41u

 

       1 1

Inversión

R11

         S       V

TL074CN:C 1N4148

R7

   -   80.2K       S       V

TL074

      4

INA106

         S       V

OP2

R13

R5

1 3

10K

SIL-100-03

         S       V

1u

TL074CN:B        1        1

C3

2

R3

2 1

Con cada flei%n o acti'idad "ucular& el 'olta2e  (roducido (or el "!culo au"enta. El ni'el (ro"edio (or lo tanto& a "a*or flei%n& er) "a*or. Cuando no eite acti'idad "ucular& el 'olta2e (ro"edio (er"anece "u* cercano a cero.

 

       1        1

5 6

1

          S        V

TL074CN:A

3

2

150K

          S        V

1M

7

INPUT

C4

R6  

150K       +         S         V

Dada eta caracter-tica& (ara o/tener una e0al a(ro(iada  (ara tratare con un con'ertidor ADC& e neceario filtrar la e0al (ara (oder dicri"inar la alta frecuencia * !nica"ente o/tener infor"aci%n de la /a2a frecuencia. Por  ello& e utili3% un filtro (aa /a2a con una frecuencia de corte de 7.H@B <3. El cual e "uetra en la fi$ura B.

Filtrado R4

R1

       8

Vu!

TL072 TL072

8

1N4148      +       S       V

R9

     +       S       V

      +         S         V

      +         S         V

10K

Fi$ura @. Circuito co"(leto


TL072:A       4

2 1 3

      8

TL072

     +        S       V

Fi$ura B. Filtro Paa =a2a 7.H@B <3

En la !lti"a eta(a& e e"(lea la confi$uraci%n de a"(lificador  in'eror& con una $anancia re$ula/le (or el (otenci%"etro POT. Eta !lti"a eta(a (er"ite o/tener 'ariacione de 'olta2e de +ata B'& la cuale (ueden er directa"ente canali3ada +acia un arduino.

Fi$ura J. Platafor"a Arduino

El (ro$ra"a con el cual e codific% la con'eri%n ADC e "uetra en la fi$ura H.

Fi$ura 7?. Se0al al (aar (or el filtro (aa alta.

Fi$ura H. Codificaci%n (ara arduino


I$. RE"U#TDO" Pri"era"ente e o/er'aron lo reultado de alida de cada una de la eta(a * e "uetra una a una. Fi$ura 7.: Se0al rectificada

Fi$ura 78.Se0al en la alida de la eta(a de ad,uiici%n

Fi$ura 7. Se0al filtrada con filtro (aa /a2a

Fi$ura 77. Salida en la e$unda eta(a9 e0al a"(lificada

Fi$ura 7B. Se0al a la alida del EMG.

En la alida a la (ri"era eta(a e o/tu'o una e0al de a(roi"ada"ente 88 "6 de a"(litud * de una frecuencia ,ue 'aria/a cuando e fleiona/a lo "!culo. En la i$uiente eta(a e o/tiene una a"(lificaci%n a dic+a e0al& lle$ando a o/tenere ni'ele de a"(litud de (ico a (ico de @'& con un co"(orta"iento i"ilar a la e0al de la (ri"era eta(a. En la alida de la tercera eta(a e o/tiene una e0al ,ue 'aria en frecuencia al fleionar el "!culo& (ero a diferencia de la e0ale anteriore& #ta no (oee ni'el de CD. En la eta(a de rectificado& i"(le"ente la e0al o/tenida corre(onde a e0ale ,ue on olo (oiti'a. Por !lti"o el filtrado * la a"(lificaci%n (er"ite o/tener una e0al co"o la ,ue e "uetra en la fi$ura 7B. Kue el#ctrica"ente e co"(orta co"o una e0al ,ue au"enta u a"(litud en funci%n de la flei%n "ucular& * di"inu*e la a"(litud cuando no eite acti'idad "ucular. Arduino a u 'e3 (reenta una +erra"ienta deno"inada Serial Plotter& ,ue (er"ite $raficar lo 'alore nu"#rico del 'olta2e.

Fi$ura 7@. Die0o PC= del circuito EMG

En la fi$ura 7@ * 7J e "uetran lo reultado de reali3ar el circuito i"(reo. En la fi$ura 7H e "uetra el EMG en acci%n.

En la fi$ura 7& e o/er'a la co"(arati'a entre la e0al del ociloco(io * el arduino.

Fi$ura 7J. Die0o de PC= f-ico

CONC#U"IONE" Lo reultado o/tenido al dearrollar ete circuito  (er"iten entar una /ae (ara un tra/a2o (oterior en "ateria de (r%tei de etre"idade& (er"itiendo con el uo de la tecnolo$-a& ofrecer a la co"unidad& ite"a de electr%nica ,ue (er"itan "e2orar la calidad de 'ida de la (erona ,ue lo neceite.

Fi$ura 7. Se0ale de ociloco(io co"(arada con la e0ale de arduino.

RE%ERENCI". +tt(9;;.dalca"e.co";e"$.+t"l.6"f2K'lH@Dd +tt(9;;.ad'ancertec+nolo$ie.co";(;"ucle:enor:'.+t"l