Simulator Interaktif Lengan Robotik Isyarat Otot EMG: Arduino Uno, Nano & ESP32

SIMULATOR LENGAN ROBOTIK ISYARAT OTOT EMG

Developed By : Ir. MD Nursyazwi

Platform Pembelajaran Interaktif STEM: Visualisasi Litar Elektromiografi (EMG), Pengaturcaraan Papan Pengawal Arduino & ESP32, Analisis Isyarat Bio-Otot Real-Time, serta Diagnostik Auto.

Dapatkan Set Lengkap Hardware Lengan Robotik EMG

Bina projek fizikal anda sendiri dengan kit komponen penuh yang disyorkan oleh STEMSimulator.

Beli Kit EMG & Lengan Robotik Di AliExpress

Panduan Kejuruteraan & Fisiologi Bio-Isyarat EMG Piawaian STEMSimulator

1. Pengenalan Elektromiografi (EMG) dan Asas Fisiologi

Elektromiografi (EMG) merupakan teknik kejuruteraan biomedikal untuk merekod dan menganalisis aktiviti elektrik yang dihasilkan oleh otot rangka manusia. Apabila otak menghantar impuls saraf melalui neuron motor ke unit motor otot, penyahsutuban membran sel otot berlaku. Proses penukaran potensi tindakan ini menghasilkan potensi elektrik mikro dalam julat mikrovolt (10uV hingga 5mV).

Dalam sistem kawalan prostetik dan lengan robotik, elektrod permukaan (Surface Electrodes - sEMG) ditempatkan pada bahagian permukaan kulit di atas kelompok otot sasaran (seperti otot flexor digitorum superficialis pada lengan bawah). Elektrod ini menangkap perbezaan potensi elektrik antara dua titik aktif dan merujuknya kepada elektrod rujukan neutral yang dipasang pada kawasan struktur tulang.

2. Penukaran Analog-ke-Digital (ADC) & Pemprosesan Isyarat

Isyarat bio-otot mentah adalah sangat lemah dan mengandungi hingar latar belakang (background noise) seperti gangguan ayunan frekuensi talian kuasa (50Hz/60Hz), pergerakan kabel, dan potensi tindak balas kulit. Modul sensor EMG menggunakan pembesar pembezaan (differential amplifier) dengan nisbah penolakan mod sepunya (CMRR) yang tinggi untuk membesarkan isyarat voltan mikro kepada julat voltan analog 0V hingga 5V yang boleh dibaca oleh papan pengawal mikro.

Proses penyampelan oleh Penukar Analog-ke-Digital (ADC) menukar voltan analog mentah kepada nilai digital:

• Arduino Uno R3 & Nano: Menggunakan ADC 10-bit dengan resolusi nilai dari 0 hingga 1023 (voltan rujukan 5.0V, ~4.88mV per langkah).
• ESP32 Microcontroller: Menggunakan ADC 12-bit dengan resolusi nilai dari 0 hingga 4095 (voltan rujukan 3.3V, ~0.8mV per langkah), memberikan kejituan bacaan bio-isyarat yang jauh lebih tinggi.

3. Algoritma Kawalan Motor Servo & Ambang Pemintasan

Isyarat EMG mentah diproses menggunakan teknik Penyearahan Gelombang Penuh (Full-Wave Rectification) dan Penapisan Lulus-Rendah (Low-Pass Filtering) untuk menghasilkan sampul isyarat (signal envelope). Sampul ini mencerminkan tahap daya ketegangan otot secara langsung.

Apabila nilai sampul isyarat melampaui nilai ambang (threshold) yang ditetapkan oleh pengguna, papan pengawal menghantar isyarat Modulasi Lebar Denyut (PWM) ke motor servo. Motor servo menembak mekanisme tali dawai (tendon) pada lengan robotik 3D untuk menguncupkan jari-jemari. Apabila otot direhatkan dan isyarat turun di bawah ambang, servo kembali ke posisi asal (0 darjah), membuka semula genggaman tangan robot.

4. Integrasi Litar & Keselamatan Elektrik

Apabila mereka bentuk litar bio-potensial, pengasingan bekalan kuasa adalah kritikal. Bekalan kuasa bateri terasing disyorkan untuk mengelakkan bahaya kejutan elektrik gelung bumi (ground loop). Selain itu, pastikan sambungan pin pembumian (GND) antara sensor EMG, papan pengawal mikro, dan motor servo dikongsi secara sepunya (Common Ground) bagi memastikan kestabilan rujukan voltan.

Panel Kawalan & Pemilihan Papan Pengawal Arduino Uno R3

Pilih Papan Pengawal Mikro: Arduino Uno R3 (ADC 10-Bit / 5V) Arduino Nano (ADC 10-Bit / 5V) ESP32 DevKit V1 (ADC 12-Bit / 3.3V)

Simulasi Ketegangan Otot (Pengecutan Flexor):

15%

Paras Hingar Isyarat (Noise):

10%

Ambang Pemicuan Servo (Threshold):

400

Visualisasi Litar & Gerakan 3D Lengan Robotik

Oscilloscope Isyarat Bio-EMG Real-Time Kadar Sampel: 100 Hz

Ujian Keputusan Sistem (Verdict & Solution Engine)

Sistem menganalisis tahap ketegangan otot, hingar, julat rujukan voltan ADC, serta tindak balas motor servo secara otomatik.

Status Sistem: Sedia & Stabil
Isyarat EMG berada dalam julat normal. Kadar ambang pemicuan (400) mencukupi untuk mengelakkan pergerakan palsu servo.

Kod Pengaturcaraan Automatik C++ (Arduino / ESP32)

Legenda Komponen & Pemetaan Pin

Komponen	Warna Kabel / Pin	Sambungan Papan	Fungsi Utama
Elektrod Merah	Reference (R)	Kawasan Siku / Tulang	Penstabil rujukan pembumian elektrik badan.
Elektrod Kuning	Muscle Begin (M1)	Pangkal Otot Flexor	Menangkap voltan potensi tindakan pangkal otot.
Elektrod Hijau	Muscle End (M2)	Hujung Otot Flexor	Menangkap voltan pembezaan hujung otot.
Modul Sensor EMG	A0 / VCC / GND	Pin Analog A0 / 5V / GND	Membesar dan menapis isyarat mikrovolt bio-otot.
Motor Servo	Kuning (Signal) / Merah / Hitam	Digital Pin 2 (PWM)	Menarik tendon lengan 3D untuk genggaman tangan.

Pusat Sumber & Rangkaian STEM External

Menyediakan pautan berikutnya dalam: 5s

URL Aktif: Memuatkan...

Pautan Luar Pilihan: Role of Online Education MD Nursyazwi Blog Re-Phrased Blog STEM Simulator Official STEAM Edu Hub TikTok STEM Channel Alison Certified Courses AliExpress Hardware Kit