TÍCH HỢP TÍN HIỆU EMG VÀO KHUNG XƯƠNG NGOÀI CHO CHI DƯỚI

Tóm tắt

 Bộ xương ngoài chi dưới đóng vai trò quan trọng trong quá trình phục hồi chức năng và hỗ trợ vận động, đòi hỏi sự cân bằng tối ưu giữa thiết kế cơ khí, chiến lược kiểm soát và hiệu suất động. Nghiên cứu này tập trung vào thiết kế cơ khí của bộ xương ngoài chi dưới, đảm bảo tính toàn vẹn về mặt cấu trúc, khả năng thích ứng về mặt công thái học và truyền chuyển động hiệu quả. Khung được thiết kế bằng Autodesk Inventor và kết hợp các vật liệu nhẹ nhưng bền để tăng cường sự thoải mái và khả năng vận động của người dùng. Hệ thống truyền động kết hợp động cơ DC không chổi than (BLDC) với bộ giảm tốc truyền động hài, cung cấp mật độ mô-men xoắn cao, chuyển động mượt mà và khả năng kiểm soát chính xác. Ngoài hệ thống cơ học, bộ xương ngoài tích hợp xử lý tín hiệu sinh học, bao gồm điện cơ đồ (EMG), công nghệ cảm biến cân bằng IMU và cảm biến lót giày đo mật độ ứng suất bàn chân để cho phép kiểm soát trực quan và thích ứng. Các tín hiệu này được thu thập thông qua các cảm biến không xâm lấn, được xử lý trước theo thời gian thực và đưa vào thuật toán điều khiển lai để diễn giải ý định vận động của người dùng. Bằng cách tận dụng các tín hiệu sinh học, hệ thống tăng cường tương tác giữa người dùng và thiết bị, cho phép hỗ trợ dáng đi tự nhiên hơn và cải thiện kết quả phục hồi chức năng. Sự kết hợp giữa thiết kế cơ y sinh học và điều khiển bằng tín hiệu sinh học mở đường cho một thế hệ bộ xương ngoài thông minh mới được thiết kế riêng theo nhu cầu của từng cá nhân trong bối cảnh lâm sàng và hỗ trợ. 

Title

INTEGRATION OF EMG SIGNALS INTO LOWER-LIMB ROBOTIC EXOSKELETONS

Abstract

 The exoskeleton plays a key role in rehabilitation and mobility support, requiring an optimal balance between mechanical design, control strategy, and performance. This is the focus of the design of the lower limb exoskeleton, ensuring structural integrity, ergonomic adaptability, and efficient motion  transfer. The frame was designed using Autodesk Inventor and incorporates lightweight yet durable materials to enhance user comfort and mobility. The drive system combines a BLDC motor with a harmonic drive reducer, providing high torque, smooth motion, and precise control. In addition to the mechanical system, the exoskeleton processes biosignals, including an Electromyography (EMG), IMU balance sensor technology and shoe sensors that measure foot speed envelope, to enable intuitive and adaptive control. This signal is collected through the orthogonal variables, pre-processed in real time, and fed into the hybrid algorithm control to solve the user's defined movement. By leveraging biological signals, the system enhances the interaction between the user and the device, allowing for more natural support and improved rehabilitation outcomes. The combination of machine learning and biosignal control paves the way for a new information-based exoskeleton system tailored to the needs of each individual in the context of readiness and support.