domingo, 10 de febrero de 2013

Sensores mioeléctricos

Obtener datos del cuerpo humano y procesar su información para mover los servomotores.


Como sabe el exoesqueleto nuestras intensiones, cuando y como movernos, en pocas palabras que quiere hacer nuestro cuerpo?
Existen varias posibilidades para controlar el exoesqueleto. Un joystick instalado en una muleta, un mando para llevar en la mano, sensores mioeléctricos alertados por el movimiento de nuestro cuerpo, un sensor inercial. O la combinación de varios de ellos.


Los sensores mioeléctricos [EMG].

 Tienen la capacidad de detectar el impulso eléctrico de un músculo, y por medio de una acondicionamiento de señal, amplificación y filtrado se interpreta una orden. En un movimiento natural siempre hay un músculo dominante, midiendo su impulso eléctrico podemos indicarle al exoesqueleto lo que deseamos hacer. Por ejemplo bastará aplicar un esfuerzo sobre un músculo dotado de electrodos para indicar que queremos dar un paso con la pierna derecha, el algoritmo de un software se encargará de colocar en la posición correcta los servomotores secuencialmente hasta completar la tarea. Luego dependerá de nosotros dar un paso con la pierna izquierda, para ello debemos activar la secuencia que hará avanzar un paso la pierna izquierda emitiendo esta orden con la contracción de otro músculo.  Esta técnica requiere de adiestramiento del individuo para aprender a controlar los servomecanismos con su cuerpo.


- Electrodos para mediciones de señales ECG, EMG. -


Sensores inerciales y su aplicación en robótica.

Un sensor inercial IMU, es un dispositivo compuesto por acelerómetros, que miden aceleración, y giróscopos que miden cantidad de giro. Son frecuentes en aviones no tripulados, ya que estos se encargan en todo momento de la estabilidad de la aeronave.
Si podemos conocer la orientación del cuerpo del individuo, contamos con una herramienta más para dar órdenes al exoesqueleto.
asociando grados de inclinación, la contracción de otro músculo o la combinación de dos, por ejemplo los mismos que usamos para emitir las órdenes de caminar izquierda y derecha, y un temporizador. Es decir que damos las condiciones para indicar al exoesqueleto que queremos sentarnos el software activará la secuencia que hará que nos sentemos en una silla o el sofá. Y si ya estamos sentados? pues el lo sabrá y comenzará la secuencia para ponernos de pie. De la misma manera con otros tipos de combinaciones podemos indicarle que nos encontramos con escalones para cambiar la secuencia de avanzar en plano a subir escaleras.
Otra cosa mucho más importante pero que requiere de un algoritmo dedicado exclusivamente a ello es la posibilidad de dotar de equilibrio autónomo al exoesqueleto, pero requiere de mayor cantidad de grados de libertad de movimiento para poder realizarlo. Cosa que escapa de este proyecto. No obstante será la evolución obligada a versiones posteriores.

Electrónica analógica para acondicionamiento de señales.

Diagrama en bloques de un circuito típico utilizado en sensores mioeléctricos.



El diseño de filtros análogos de muy alta selectividad permite el acondicionamiento de la señal mioeléctrica, esto gracias a la aplicación de teorías de diseño de filtros  en cascada. Deben evitarse factores ambientales que puedan interferir la señal que deseamos analizar como el ruido blanco o la frecuencia de la red eléctrica. Consiguiendo el acondicionamiento de las señales mioeléctricas limpias para su procesamiento digital.


Como ejemplo de una posible solución es el siguiente esquema electrónico, ya utilizado en prótesis de brazos.


De todos modos he preferido trabajar con otros circuitos similares a este pero tomándome las licencias de asociar libremente las etapas de filtrado y amplificación adaptadas al entorno de trabajo donde las interferencias son bastante abundantes debido a los equipos electrónicos y eléctricos utilizados en el taller.

Electrónica de control.

Nuevamente nos encontramos con más de una solución. Habiendo plataformas sólidas que han proliferado en incontables proyectos con éxito como el conocido Arduino, comenzaremos con esta plataforma para analizar las señales procesadas obtenidas a la salida del circuito analógico.
Además de tener la experiencia de haber trabajado con el en otros proyectos y contar con un repositorio de código muy extenso que nos será de gran utilidad para conseguir nuestro propósito.

.Esta plataforma cuenta con entradas y salidas analógicas, digitales, puertos series, I2C, y control PWM para servos, que en nuestro caso utilizaremos con realimentación a base encoders ópticos para conocer a todo momento los grados de rotación de cada articulación.

Aún tengo un largo camino por delante.

Gracias por leerme.

1 comentario:

  1. Hola buen día una pregunta tu circuito ya ha sido probado o aun es un prototipo.

    ResponderEliminar