With the growing interest in field of bio signal applications, it has become increasingly important to focus on improved signal acquisition mechanisms. The increase of research in EMG measurement techniques puts emphasis on bio signal detection materials and surface designs that come in contact with the skin. The work presented in this thesis focuses on how the shape of the electrode surface which comes in contact with the skin acts to improve not only the EMG signal, but also the electrode skin impedance as well. This thesis document studies EMG detection surface developed by fine machining of solid silver to produce a millimeter scale grooved electrode and plastic coated with pure silver for EMG signal acquisition. The grooved electrode surface consists of a higher surface area as compared to its flatter counterpart. The surface was built to not only improve the contact with skin, but also to improve signal quality. A detailed comparison of the silver machined electrodes with gelled type EMG electrodes and a silver surface of same dimensions but with a flatter surface are also provided. A comprehensive account of the comparisons suggest that the results from the proposed electrode surface are close to gelled EMG electrodes and are better than the flat silver surface. After detailed testing of all the electrodes, that is the solid silver grooved and silver coated electrodes, they were expanded to a multi-channel signal acquisition system. After developing a comprehensive analog and digital signal processing scheme for the acquired EMG signal, this multichannel system was then successfully used to drive the fingers of a robotic arm. Thus, the application of the newly built electrodes was effectively tested for robotic prosthesis.
생체신호를 응용하는 분야에 대한 국제적인 관심도가 증가함에 따라 신호의 획득 방법론의 중요성이 더욱 커지고 있다. 근전도 신호의 측정에 대한 최근의 연구는 생체신호를 획득하는 전극의 재료를 선정하는 것과 실제로 피부에 닿게 되는 전극의 표면을 설계하는 것에 중점을 두고 있다. 본 학위논문에서는 피부와 닿는 전극의 표면의 형태가 획득되는 근전도 신호뿐만 아니라 전극과 피부 사이의 임피던스를 어떻게 개선시키는가에 관하여 논한다. 본 학위논문에서는 근전도 신호 측정 표면이 mm단위의 작은 굴곡 표면을 가지도록 정밀 가공된 순은 전극과 같은 표면을 가지는 은도금 플라스틱 전극에 대하여 실험하였다. 이러한 전극은 평평한 형태의 표면을 가지는 전극에 비해 많은 표면적을 가지게 된다. 굴곡 표면은 피부와의 접촉 면적을 늘리는 것뿐만 아니라 신호의 질 또한 개선되도록 설계되었다. 굴곡 표면 건식 전극의 성능은 습식 전극, 그리고 굴곡 표면 전극과 같은 크기를 가지는 평평한 표면의 건식 전극과 비교되었다. 실험 결과는 굴곡 표면 건식 전극의 성능이 평평한 표면의 건식 전극보다 더 습식 전극에 가까운 성능, 즉 더 개선된 성능을 가진다는 것을 제시한다. 모든 전극에 대한 검증이 끝난 후 굴곡 표면의 순은 전극과 은도금 플라스틱 전극은 다중 채널 근전도 획득 시스템으로 확장되었다. 다중 채널을 통해 얻어진 근전도 신호는 아날로그 및 디지털 신호 처리 과정을 거친 후 성공적으로 로봇 팔의 손가락을 구동하는 데에 사용되었다. 이에 따라 제안된 전극의 전동 의수로의 적용 가능성 또한 효과적으로 검증되었다.
