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Utilisation de signaux électromyographiques pour le contrôle d'un bras robotique pour les usagers de fauteuils roulants motorisés

Jumeline, Alexandre (2013). Utilisation de signaux électromyographiques pour le contrôle d'un bras robotique pour les usagers de fauteuils roulants motorisés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les blessés médullaires de haut niveau lésionnel n’ont plus l’usage de leurs bras, mais conservent des capacités de mouvements résiduels variant selon la hauteur de leur lésion. La société canadienne Kinova a conçu un bras robotique, JACO, adaptable à un fauteuil roulant motorisé afin d’aider les personnes à mobilité réduite à effectuer leurs actions de la vie quotidienne plus facilement. En effet, celui-ci permet la saisie d’objets ou d’ouvrir des portes de manière intuitive en n’utilisant qu’un joystick. Cependant les personnes n’ayant plus suffisamment d’activité musculaire dans les doigts ne peuvent donc pas profiter de ce progrès. Le but de ce projet est d’adapter l’utilisation du bras JACO aux personnes blessées médullaires en utilisant les signaux électromyographiques (EMG) de 4 muscles résiduels au niveau du cou et de l’épaule.

L’acquisition des signaux EMG est faite avec des électrodes Delsys filtrées et pré-amplifiées en temps-réel à 2 kHz. Les électrodes sont placées sur quatre muscles présents chez les blessés médullaires de haut niveau : les deux trapèzes ainsi que les deux sterno-cléïdo mastoïdiens. L’énergie de Teager-Keiser est utilisée afin de déterminer si une activité musculaire est présente ou non, et chaque mouvement détecté est relié à une action du bras robot. Une calibration est effectuée pour chaque muscle afin de définir des seuils de détection personnalisés. Enfin un système de filtrage prédicitif en temps réel a été intégré afin d’augmenter la sensibilité du système.

Ce projet a permis de mettre au point un prototype complet du système jusqu’au contrôle réel du bras robotique grâce à l’EMG. La validité du système a été testée dans une étude sur 10 sujets sains. Cette étude a permis de montrer la cohérence du prototype créé.

Ce projet constitue une avancée supplémentaire dans l’aide technique à la manipulation apportée aux blessés médullaire dans l’accomplissement de leurs tâches de la vie quotidienne.

Résumé traduit

High level spinal cord injury individuals do not have the capacity to use their arms, but they still have a control of several muscles depending on the level of injury. The Canadian corporation Kinova has developped a 7 degrees of freedom robotic arm, JACO, meant to be mounted on a motorised wheelchair in order to help spinal cord injury victims in their everyday’s life. JACO can be used to grab objects or open doors only using a simple joystick. However, some poeople don’t have enough musclar capacities to use this joystick, and therefore, can not use the robotics arm. The goal of this project is to adapt the use of JACO to spinal cord injury individuals using electromyographic (EMG) signals from four muscles of the neck and shoulders.

EMG signal acquisition is performed using preamplified and filtered Delsys electrodes in real time at a sampling frequency of 2KHz. These electrodes are placed on 4 muscles : trapezius and sternocleidomastoid. These muscles were chosen because of their relation to elementary movements such as shoulder elevation for trapeziuses and head rotation for sternocleidomastoids. The Teager-Keiser energy (TKE) operator is used in order to determine if a muscular onset is performed, and each motion of the person can be linked to an action of the arm. A calibration was done for each muscle in order to set a personalised detection threshold for onset detection. Finally, a real time predictive filter has been added in order to increase the sensitivity of the system.

The result of the project was the complete achievement of a prototype controling a robotic arm using EMG signals of the user. The validity of the system was then tested in a study including 10 healthy individuals.

This project represent a step towards technical assistance brought to spinal cord injury persons and the improvement of their living conditions.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme tention de la maîtrise en génie de la production automatisée" Bibliographie : pages 105-106.
Mots-clés libres: Fauteuils roulants électriques. Robotique en médecine. Électromyographie. blessé, bras, EMG, JACO, Kinova, médullaire, robotique, signal, contrôleur temps-réel
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Aissaoui, Rachid
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 29 nov. 2013 17:26
Dernière modification: 10 mars 2017 02:03
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1228

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