The prosthetic hand is a robotic system that provides a real hand environment to an amputee patient.There are several methods for controlling the prosthetic hand, and the method of estimating the intention of the finger using the surface EMG signal is the most widely used. In addition, in the process of using the prosthetic arm, the feedback process that transmits information such as force and position received by the prosthetic hand to the user is necessary for closed-loop control of the prosthetic arm, and sensory feedback using electrical stimulation is often used for spatial and energetic reasons. However, since sensory feedback using this electrical stimulation is a electrical signal same as the surface EMG signal, it contaminates the surface EMG signal for estimating the finger's intention, and this is called an artifact.
This thesis propose a method to remove artifacts in a situation where the frequency and pulse width of electrical stimulation feedback are variable. The proposed modified adaptive filter is designed to remove only artifacts in a situation where artifacts and force component surface EMG signals are simultaneously input. An adaptive filter referring to a delayed signal was applied to remove artifacts, and an adaptive filter with higher performance was proposed through additional time delay and coefficient separation of the adaptive filter. In addition, it was confirmed that it can have real-time performance in a situation where the frequency and pulse width of the variable electrical stimulation feedback are given.
This restores the contaminated surface EMG signal and enables the use of sensory feedback in the prosthetic limb. The surface EMG signal was restored using the Signal-to-Noise (SNR) ratio, and the possibility of prosthetic control was confirmed through the target reaching experiment.
의수는 상지 절단 환자에게 실제 손처럼 사용할 수 있는 환경을 제공해주는 로봇 시스템이다. 의수를 제어하는 방법에는 여러 방법이 존재하며, 표면근전도 신호를 이용해 손가락의 의도를 추정하는 방식이 가장 널리 사용되고 있다. 또한 의수를 사용하는 과정에서 의수가 받는 힘, 위치 등의 정보를 사용자에게 전달하는 피드백 과정은 의수의 Closed-Loop 제어에 필요하며, 공간적, 에너지적인 이유로 인해 전기자극을 이용한 감각 피드백이 많이 사용된다. 하지만 이 전기자극을 이용한 감각 피드백은 표면근전도 신호와 같은 전기 신호이기 때문에, 손가락의 의도추정을 위한 표면근전도 신호를 오염시키게 되며, 이를 아티팩트라고 부른다.
본 학위논문에서는 전기자극 피드백의 주파수와 펄스폭이 가변적인 상황에서 아티팩트를 제거하는 방법을 제안한다. 제안하는 변형된 적응형 필터는 아티팩트와 힘 성분 표면근전도 신호가 동시에 입력되는 상황에서 아티팩트만 제거할 수 있도록 설계되었다. 지연된 신호를 참조하는 적응형 필터를 아티팩트 제거에 적용하였으며, 추가적인 시간 지연과 적응형 필터의 계수 분리를 통해 더욱 높은 성능을 갖는 적응형 필터를 제안하였다. 또한 가변적인 주파수와 펄스폭을 갖는 전기자극 피드백이 주어지는 상황에서 실시간성을 가질 수 있음을 확인하였다.
이를 통해 오염된 표면근전도 신호를 복원하며, 의수에 감각 피드백의 사용이 가능하도록 한다. Signal-to-Noise (SNR) Ratio를 이용해 표면근전도 신호의 복원을 보였으며, 타겟 도달 실험을 통해 의수 제어의 가능성을 확인하였다.
