Capitolo I – L’Elettromiografia

(1)

Indice

Introduzione

Capitolo I – L’Elettromiografia

1.1 Cenni storici e generalità……….1

1.2 L’Elettromiografia di superficie………..2

1.3 Il muscolo scheletrico………..3

1.3.1 La funzione………... ...3

1.3.2 La struttura………. 3

1.3.3 Il modello e le proprietà meccaniche………. 5

1.4 La contrazione muscolare………7

1.4.1 Il tessuto nervoso……… 7

1.4.2 L’unità motoria………... 8

1.4.3 Il potenziale d’azione………

.

9 1.4.4 La curva intensità-durata...……….. 10

1.4.5 Lo scivolamento dei miofilamenti………... 11

1.4.6 Scarica e reclutamento dei motoneuroni……….. 13

1.5 Il segnale mioelettrico superficiale………14

1.5.1 Genesi elettrica ………

^.

14 1.5.2 Il fenomeno del cross talk ………..16

1.5.3 Prelievo, amplificazione e condizionamento del segnale……… 16

Capitolo II – Interfacce uomo-macchina basate su segnali biologici 2.1 Introduzione………...20

2.2 Sistema di elaborazione del segnale per l’interpretazione di gesti del braccio basato sull’elettromiografia……….22

2.2.1 Preparazione sperimentale………... 22

2.2.2 Elaborazione del segnale EMG……… 23

2.3 Sviluppo di un sistema protesico EMG multi-DOF utilizzando il “meccanismo articolare dattivo”………26

2.3.1 Introduzione………. 26

(2)

Indice

2.3.2 La mano protesica……….... 27

2.3.3 Il controllore principale della mano protesica……….

.

28 2.3.4 Risultati sperimentali………... 29

2.3.5 Il meccanismo articolare adattivo……… 31

2.3.6 La mano protesica EMG……….. 34

2.4 Interfaccia real time assistiva per computer basata su EMG per disabili agli arti superiori………...35

2.4.1 Introduzione………. 35

2.4.2 Selezione del sito miolettrico………... 36

2.4.3 Raccolta dei dati ed elaborazione del segnale……….. 36

2.4.4 Riconoscimento del pattern……….

.

37 2.4.5 La tastiera su schermo……….. 38

2.4.6 Valutazione delle prestazioni………... 38

2.4.7 Risultati……… 38

Capitolo III - La fascia EMG ad elettrodi tessili per la classificazione di movimenti umani. 3.1 Introduzione………...41

3.2 Il set di movimenti studiato………...

.

41 3.2.1 Muscoli e movimento: il polso e la mano……… 41

3.2.2 La scelta dei movimenti………... 45

3.3 Gli elettrodi EMG cutanei……….

^.

45 3.3.1 Gli elettrodi cutanei standard………... 45

3.3.2 Gli elettrodi tessili SMARTEX……… 46

3.4 La configurazione elettrodica………

^.

47 3.5 Il sistema di acquisizione………...50

Capitolo IV – Signal processing e il classificatore CUBE 4.1 Introduzione……….………..52

4.2 Analisi del segnale……….52

4.2.1 Premessa ………....

^..

52 4.2.2 Il condizionamento del segnale……… 52

4.3.3 Il filtro di Kalman ……….55

4.3 Il protocollo di misura………...…....

^.

61 4.4 La classificazione………...

^.

.62

4.4.1 I parametri caratteristici dell’EMG……….. 62

(3)

Indice

4.4.2 Il parametro teta………... 64

4.4.3 L’estrazione di parametri dal segnale EMG………

.

65 4.4.4 La ripetibilità delle misure………... 66

4.4.5 L’analisi delle Componenti Principali (PCA)……….. 68

4.4.6 Il classificatore CUBE……….

.

69 Capitolo V – Validazione del classificatore e applicazione real-time 5.1 Introduzione………...76

5.2 Validazione del classificatore CUBE………

^.

76 5.2.1 Acquisizione dei dati………...

.

76 5.2.2 Test di cross validation……… 79

5.2.3 Risultati……… 80

5.2.4 Confronto con classificatori a reti neurali……… 83

5.3 Interfaccia grafica real time basata sul classificatore CUBE………

^.

88 5.3.1 Introduzione………. 88

5.3.2 La fase di precalibrazione……… 89

5.3.3 La fase di calibrazione del classificatore………. 90

5.3.4 La fase di esecuzione real-time………... 90

Conclusioni ………..95

Appendice A – L’analisi in componenti principali (PCA) ………...97

Appendice B – Programmi Matlab sviluppati ………...106

Bibliografia ...

^.

139