İnsanın iki kolunun ortak hareketi esnasında oluşan eklem momentlerinin elektromyografi sinyalleri yardımıyla analizi
The analysis of joint torques during bimanual manipulation of two human arms by using EMG signals
Yazar: YUNUS ZİYA ARSLAN
Danışman: DOÇ.DR. MEHMET ARİF ADLI ; PROF.DR. NURKAN YAĞIZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fiziksel engelli insanların hayatlarını kolaylaştırma ve hareket sınırlarını genişletmekonularında, son yıllarda biomekanik çalışmalarında oldukça önemli ilerlemelerkaydedilmiştir. Protez el ve bacak tasarımlarındaki yeni gelişmeler, basit fizikselhareketlerin başarıyla yapılmasını sağlamasının yanısıra, cisimleri tutma ve kavramaözelliklerinin daha da arttırılmasını sağlamıştır.Üst gövdesinde ampütasyona (belirli bir uzvun kesilmiş olması durumu) uğramışinsanların günlük yaşam verimliliklerini arttırmak için, çeşitli elektromyografi (EMG)kontrollü protez el ve kollar geliştirilmiştir. EMG sinyallerinin, protez el ve kolkontrolünde kullanılması, ampütasyona uğramış insanların doğal el hareketlerine vegörünümlerine sahip olmasını sağlamaktadır.Bu tez çalışmasında, insan koluna uygulanan kuvvetlerin etkisi altında ölçülenelektromiyografi (EMG) sinyallerinin analizi yapılarak, sinyal-kuvvet (eklem momenti)ilişkisi irdelenmektedir. Bunun için önce, kolun izometrik (kas uzunluğu sabit) veanizometrik (değişen kas uzunluğu) kasılma pozisyonları sırasında eşzamanlı olarak 4ayrı kastan yüzeyel EMG sinyalleri kaydedilmiştir. Sınıflandırıcı öznitelikler olarak,EMG sinyallerinin güç izgesinden hesaplanan, yüksek dereceli frekans momentlerikullanılmıştır. Bir yapay sinir ağı eğitilerek, kolun dirsek kısmında oluşan herhangi bireklem momenti değerinin, o sırada algılanan EMG sinyalleri işlenerek belirlenmesidüşük hata oranları ile başarıyla sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, dirsek seviyesindekolu ampüte edilmiş insanların yaşam verimliliklerini arttırabilecek aktif protez koltasarımı çalışmalarına katkıda bulunacak özellikler taşımaktadır.

Abstract:
In the past recent years, important progresses have been made in the biomechanicsresearches. These studies are focused to facilitate the life and to decrease the restrictionsof movement of the handicapped people. The new developments in the field ofprosthesis hand/leg designs ensure to perform simple physical movements and toincrease success in holding and grasping objects.Various EMG controlled prosthesis hands/arms were developed for improving the lifequality of people amputated from upper body. Using EMG signals in controlling theprosthesis hands/arms gives the natural movement ability and appearance to the hand ofthe amputated people.In this work, the signal-force (joint torque) relation is investigated by analyzing theEMG signals measured from the muscles under the effect of forces. Surface EMGsignals are recorded during the isometric and anisometric contraction of four muscleswith different levels of forces applied to the arm. Higher order frequency momentscalculated from the power spectrum of signals are used as characterizing features. Anartificial neural network is trained for the estimation of the joint torque in the elbowusing the EMG signals recorded simultaneously from the muscles. The results can beused in the design of active arm prosthesis for the patients with amputated arms fromthe elbow.