EMG-sensor uitgelegd: Hoe het werkt en praktische toepassingen

Heb je je ooit afgevraagd hoe je een robotarm kunt besturen voor gaming-toepassingen? Of misschien hoe je spieractivatie kunt meten? De sleutel tot je nieuwsgierigheid ligt bij de EMG-sensor.

EMG of elektromyografie is cruciaal voor medisch onderzoek en neuromusculaire stoornisdiagnostiek. Ook de uitvinding van krachtige geïntegreerde schakelingen en microcontrollers heeft EMG-sensoren in robotica, prothesen en andere besturingstoepassingen gebracht.

EMG blijft echter duur en buiten bereik voor veel ingenieurs en hobbyisten. Gelukkig zijn we hier om je te laten zien hoe je een EMG-sensor kunt bouwen voor je volgende project.

Wat zijn de toepassingen van EMG-sensoren?

Het primaire doel van een EMG-sensor is om de kleine elektrische activiteiten van rustende en samentrekkende spieren van de handbewegingen te meten. Bijvoorbeeld: de gemeten spierbewegingen zijn het bewegen van de arm, vuist dichtknijpen, vingers snippen, etc.

Maar het wist niet het feit dat verschillende mensen EMG-sensoren voor diverse toepassingen gebruiken.

Bijvoorbeeld, sommigen gebruiken EMG-sensoren voor klinische en biomedische doeleinden zoals het bevestigen van prothesen, neuromusculaire ziekten en motorbesturingsstoornissen. Terwijl anderen ze gebruiken voor besturingstoepassingen zoals robotica, bewegingsdetectie, etc.

Prothetische arm

Hoe werken EMG-sensoren?

In wezen meten EMG-sensoren wat we EMG-activiteit noemen. Deze activiteit heeft betrekking op de hoeveelheid samentrekking die je spieren produceren en het aantal samentrekkende spieren. De EMG-sensor kan deze activiteit in microvolten meten.

Ook hangt de hoeveelheid spanningamplitude die een EMG-sensor opneemt af van de spiersamtrekkingskracht. Met andere woorden: hoe sterker de spiersamtrekking, hoe meer spieren activeren, dus een hogere spanningamplitude genererend.

Interessant genoeg kan het plaatsen van elektroden in de buurt van spiergroepen helpen om EMG-activiteiten of signalen op te nemen. Wanneer spieren activeren, vermindert het de spierlengte en stelt het de huid en elektroden in staat te bewegen. Als resultaat registreren de elektroden de elektrische activiteit of signalen van de actieve spiervezelbundels tijdens samentrekking.

Typen EMG-sensoren

Er zijn twee grote EMG-sensortypen, namelijk de oppervlakte EMG-sensoren en ingeplante EMG-sensoren. Hoewel ze twee verschillende sensoren zijn, hebben ze vergelijkbare procedures.

1. Ingeplante EMG-sensoren

Er zijn twee typen ingeplante EMG-sensoren: naaldsensoren en fijn-dradensensoren. Laten we deze twee sensoren nader bekijken.

(i) Naald EMG-sensoren

Je vindt deze typen EMG-sensoren meestal in klinische procedures voor neuromusculaire evaluaties.

Hier hebben we een essentiële naaldtop die je kunt gebruiken als detectieoppervlak. Hoe? De naald bevat een geïsoleerde draad in zijn kanule, waardoor het spieractiviteit kan detecteren.

Naald EMG-sensoren

(ii) Fijn-dradensensoren

Zoals de naam impliceert, zijn deze sensoren draden, maar ze zijn geen gewone draden. In plaats daarvan hebben deze fijn-dradensensoren een kleine diameter, zijn stijf en non-oxiderend met hoog-niveau isolatie.

Ook hebben de draadsensoren extremijne fijne ontwerpen die ze gemakkelijk te implanteren en te verwijderen uit skeletspieren maken. Het beste deel is dat deze sensoren niet zo pijnlijk zijn als naaldsensoren.

2. Oppervlakte EMG-sensor

Terwijl de ingeplante EMG-sensor een invasieve techniek is, hoeft de oppervlakte EMG-sensor geen penetratie om EMG-activiteit/signalen te detecteren en op te nemen door het oppervlak van de huid.

Oppervlakte EMG-sensoren

Het is gemakkelijk om deze sensoren te gebruiken, en je hebt geen strikte medische toezicht en certificering nodig zoals hun ingeplante tegenhangers. Ook werken oppervlakte EMG-sensoren voornamelijk voor besturingstoepassingen, sportmedische evaluaties, motorgedrag en neuromusculaire opnames.

Kenmerken

De EMG-sensor heeft krachtige kenmerken die het nuttig maken voor medische en besturingsprojecten. Hier zijn enkele kenmerken van een standaard EMG-sensor:

• Een EMG-sensor is compatibel met Grove.
• Het heeft een 3,3V tot 5V voedingsspanning.
• De EMG-sensor heeft ook enkele 1000mm kabelleidingen.
• Je krijgt ook zes eenmalige oppervlakte-elektroden.
• De sensor heeft een 3,5mm connector.
• Er is geen behoefte aan een additionele voeding.
• Het ondersteunt zowel Arduino- als Raspberry Pi-platforms.

EMG-sensor schakeling met Arduino

Arduino en EMG

Hoewel Myoware een van de beste EMG-sensoren heeft, kunnen we niet ontkennen dat het vrij duur is. Gelukkig zijn er goedkopere alternatieven zoals de Grove-EMG-detector, die we voor deze schakeling zullen gebruiken. Het heeft vergelijkbare kenmerken, en je kunt het gemakkelijk integreren met een microcontroller.

Hier is wat je voor dit project nodig hebt.

• Arduino-board

3D-illustratie van Arduino-board

• Grove-base shield
• Grove-LED-balk
• Grove-EMG-sensor (wordt geleverd met de benodigde kabels voor verbindingen)

Hardware-configuratie

Hier is hoe je je Grove-EMG-detector aan je Arduino kunt verbinden om een EMG-sensor schakeling te maken:

1e stap: Verbind je Grove-base shield met je Arduino-bord.

2e stap: Vervolgens verbind je je Grove-LED-bord met je D8-poort op je Grove-base shield.

3e stap: Nu, pak je Grove-EMG-sensor naar de A0-poort van je base shield.

4e stap: Ten slotte verbind je je elektroden met je EMG-sensor en plaats ze op je gewenste spiergroep. Zorg dat je enige afstand houdt tussen je elektroden.

Software-configuratie

Na het instellen van je hardware, moet je dingen in de software-regeling oplossen.

Dus hier is wat je moet doen:

Stap 1: Download eerst de Arduino-code voor deze code hier, kopieer en plak het op je Arduino Uno.

Arduino-code deel 1

Arduino-code deel 2

Arduino-code deel 3

Arduino-code deel 4

Stap 2: Upload ten slotte de code en test je EMG-sensor schakeling.

Hoe te testen

Na het uploaden van je code, begint het initialiseren. Inderdaad, het proces zou je maximaal vijf seconden moeten kosten. Tijdens dit proces zou de LED-balk van 10 naar 0 moeten gaan.

Wanneer de LED-balk uit is, begin te bewegen om je schakeling te testen. Je zou deze balk omhoog en omlaag gaan zien wanneer je je hand naar behoren beweegt.

Wat is het verschil tussen ECG, EEG, EMG en EOG?

Een ECG, EOG, EMG en EEG meten een of andere vorm van menselijke activiteit. Bijvoorbeeld, de ECG (elektrocardiogram) bepaalt hartaactiviteit door elektroden op de benen, tors en armen te meten.

Aan de andere kant monitort EEG (elektroencephalogram) hersenactiviteit met elektroden op het voorhoofd. In tegenstelling meet de EMG (elektromyogram) spieractiviteiten, en een EOG (elektro-oculogram) meet oogbeweging.

Hoeveel kosten EMG-sensoren?

De populaire MyoWare-spiersensor kan zo veel als $39,95 kosten. De meer betaalbare Grove-EMG-detector die we in deze tutorial gebruikten, kost echter slechts $3,50.

Laatste woorden

EMG-sensoren zijn essentiële apparaten in het medische veld omdat ze dokters helpen bij verschillende biomedische toepassingen. Zulke toepassingen omvatten het diagnosticeren van zenuw- en spierstoornissen, medische onderzoeksinstrumenten en het besturen van prothesen.

Naast medicinale toepassingen komen EMG-sensoren ook van pas bij het besturen van robots. Bijvoorbeeld, je kunt EMG-sensoren gebruiken als een besturingssignaal voor het bewegen van robots op basis van je specifieke behoeften.

Robotarm

Dit zijn enkele van de dingen die je kunt bereiken met EMG. Interessant genoeg toont dit artikel je een betaalbaardere manier om toegang te krijgen tot EMG voor je engineering-projecten.

Dus, heb je meer vragen? Voel je vrij om contact met ons op te nemen, en we helpen je graag verder.