Content uploaded by Kriengsak Yothapakdee
Author content
All content in this area was uploaded by Kriengsak Yothapakdee on Dec 28, 2017
Content may be subject to copyright.
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-155
การพัฒนาระบบตรวจวัดและบันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้า
ด้วยบอร์ด Arduino
Development of A facial muscle’s electrical signal Measuring and Recording
System using Arduino Board
อธิเบต ขุนรัตน์ พงศกร ศรีงาม และ เกรียงศักดิ โยธาภักดี*
Athibat Khonrat, Pongsakon Seegam and Kriengsak Yothpakdee
สาขาวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ประยุกต์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏเลย
Email : kriengsak@lru.ac.th*
บทคัดย่อ
งานวิจัยนีมีวัตถุประสงค์ทีจะพัฒนาชุดอุปกรณ์สําหรับตรวจวัดและบันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือบนใบหน้า
สัญญาณไฟฟ้าทีเกิดขึนจะสามารถตรวจวัดได้จากการแสดงท่าทางต่างๆ บนใบหน้า ความแตกต่างของสัญญาณไฟฟ้า
กล้ามเนือใบหน้าจะถูกแปลงให้เป็นคําสังไปควบคุมกลไกการทํางานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือเครืองใช้ไฟฟ้า
ภายในบ้าน บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino ถูกนํามาใช้เป็นหน่วยประมวลผลสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือและ
ส่งคําสังไปควบคุมการทํางานตามทีระบบได้กําหนดไว้ การทํางานของอุปกรณ์ดังกล่าวจะมีประโยชน์เป็นอย่างมากต่อ
ผู้ป่วยทีมีอาการอัมพาตขันรุนแรง ซึงพวกเขาจะไม่สามารถเคลือนไหวอวัยวะต่างๆ เช่น แขนขาทังสองข้างและลําตัว
ขยับเคลือนไหวไม่ได้ (Quadriplegia) ท่าทางบนใบหน้าทีใช้ในการทดลองนีมี ท่าทางคือ หลับตาข้างขวาและหลับตา
ข้างซ้าย ดังนัน ระบบตรวจวัดและบันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้าจะช่วยให้กลุ่มของผู้ป่วยสามารถแจ้งความ
ประสงค์หรือสั งกระบวนการทํางานของอุปกรณ์หรือเครืองมืออิเล็กทรอนิกส์ทีเป็นการช่วยเหลือเบืองต้นหรือเป็นเครือง
อํานวยความสะดวกด้านอืนๆ ได้ผ่านกระบวนการแสดงท่าทางบนใบหน้าเท่านัน
คําสําคัญ: ระบบตรวจวัดและบันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้า อาร์ดุยโน เซนเซอร์วัดแรงกล้ามเนือใบหน้า
Abstract
The purpose of this research was to develop measurement and recording instruments for facial
electrical signal detection. The signal can be measured through the pattern of facial muscles changes due to
different facial expressions. The difference in facial electrical signal is converted into a command to control
the mechanism of electronic devices or home appliances. The microcontroller Arduino board is used in the
process of electrical signal processing, and then sends commands to control the work process according to
user requirements. The system or equipment developed will be very useful for patients with severe paralysis,
which cannot move certain organs of the body such as not being able to use both arms and legs. In this
experiment, we used two facial expressions: closing left eye and closing right eye. Therefore, the facial
muscle’s electrical signal measuring and recoding system will help people with disabilities or patients to have
the ability to live close to ordinary people with only facial expression.
Keywords: Facial Electromyography Mapping, Arduino Board, EMG Muscle Sensor Module
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-156
บทนํา
องค์การอนามัยโลกรายงานการประมาณการ
อันดับแรกทีเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตของ
ประชากรโลกของปี ค.ศ. ว่ามีประชากรที
เสียชีวิตทัวโลก . ล้านคน โดยแต่ละปีมีผู้เสียชีวิต
ด้วยโรคหลอดเลือดสมองมากกว่า ล้านคนทัวโลก
(Fu, V. W. Y. et al., 2017) ซึงในจํานวนผู้เสียชีวิต
เหล่านันประมาณ 5 ล้านคนยังคงต้องอยู่กับอาการ
พิการของอวัยวะต่างๆ อย่างถาวร ส่วนอีกประมาณ 5
ล้านคนต้องพบกับการสูญเสียชีวิตไป(Knops, M. et
al., 2013) สําหรับในประเทศไทย สํานักนโบายและ
ยุทธศาสตร์แห่งชาติ กระทรวงสาธารณสุขได้สรุป
รายงานสาเหตุของการเสียชีวิตของ คนไทยเฉพาะใน
ปี พ.ศ. 2557 ได้มีผู้เสียชีวิตด้วยโรคทีอยู่ในกลุ่มไม่
ติดต่อคิดเป็น 71% ของจํานวนคนไทยทีเสียชีวิต
ทังหมด 501,000 คน โดยทีโรคหัวใจและหลอดเลือด
เพียงอย่างเดียวนัน เป็นสาเหตุทําให้เกิดการสูญเสีย
ชีวิตของคนไทยไปมากถึง 29% (World Health
Organization : Country Office for Thailand., 2017)
สําหรับการให้ความช่วยเหลือผู้ป่ วยทียังต้องทุกข์
ทรมานกับอาการอัมพฤกษ์อัมพาตในช่วง 5 ปีทีผ่าน
มานี ได้มีนักวิจัยทังในประเทศและต่างประเทศช่วย
การออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์ เครืองมือ และระบบ
ให้ความช่วยเหลือต่างๆ มาอย่างต่อเนือง เป็นต้นว่า
Udayashankar, A. และคณะ (2012) ที ได้
นําเสนอระบบโต้ตอบแบบเรียลไทม์เพือช่วยเหลือ
ผู้ป่วยอัมพาตในการควบคุมเครืองใช้ต่างๆ เช่น ไฟฟ้า
พัดลม เครืองเสียง เป็นต้น ผ่านลักษณะการกระพริบ
ตาทีได้มีการกําหนดไว้ล่วงหน้า โดยอาศัยเทคนิคการ
ประมวลภาพลักษณะการกระพริบตา สําหรับผู้ป่วยโรค
หลอดเลือดสมองซึงมักพบอาการอัมพาตแบบครึงซีก
Kiguchi, K., และ Yokomine, Y. (2014) ได้
นําเสนอเครืองช่วยเหลือและพัฒนาการเดินโดยที
เครืองดังกล่าวนีจะช่วยป้องกันและหลีกเลียงอุบัติเหตุ
หรือการหกล้มในกรณีทีไม่คาดคิดได้
Chen, B. และคณะ (2015) แห่ง The Chinese
University of Hong Kong ได้มีคณะนักวิจัยร่วมมือกัน
สร้างนวัตกรรมด้านหุ่นยนต์ช่วยเดินแบบอัตโนมัติที
ออกแบบตามหลักสรีรศาสตร์ ซึงใช้ง่ายและปลอดภัย
ส่วนในประเทศไทยนันบทบาทของภาครัฐบาล
ทีมีต่อการส่งเสริมและพัฒนาคุณภาพชีวิตของ
ประชากรได้ถูกกําหนดไว้อย่างชัดเจนภายใต้กฎหมาย
สูงสุดของประเทศคือการเขียนไว้ในรัฐธรรมนูญ
แห่งราชอาณาจักรไทย พุทธศักราช และได้ตรา
ออกมาบังคับใช้เป็นพระราชบัญญัติส่งเสริมและพัฒนา
คุณภาพชีวิตคนพิการ พ.ศ. โดยทีมีการกําหนด
และให้ความหมายของความพิการไว้อย่างชัดเจน ซึง
หนึงในนันคือ ความพิการทางด้านการเคลือนไหวหรือ
ความพิการของอวัยวะในส่วนต่างๆ ของร่างกาย
ดังนัน หน่วยงานระดับต่างๆ ของภาครัฐจึงมีหน้าที
และความรับผิดชอบโดยตรงต่อเรืองดังกล่าว เป็นต้น
ว่ากระทรวงศึกษาธิการ มีหน้าทีดูแลรับผิดชอบด้าน
การศึกษาและการฝึกอบรมระยะสันสําหรับการ
ประกอบอาชีพ กระทรวงสาธารณสุขดูแลรับผิดชอบ
ด้านการส่งเสริมสุขภาพอนามัย การป้องกัน ควบคุม
และการรักษาโรค โดยทีการดําเนินการเหล่านีจะมี
ศูนย์สิรินทรเพื อการฟื นฟูสมรรถภาพทาง
การแพทย์แห่งชาติ เป็นหน่วยงานหลักในการ
บริหารจัดการ (กระทรวงสาธารณสุข, ) และ
ล่าสุดกระทรวงอุตสาหกรรม(กระทรวงอุตสาหกรรม,
2559) ได้กําหนดเป็นยุทธศาสตร์การพัฒนา
อุตสาหกรรมไทย . ระยะ ปี (พ.ศ. - )
โดยวางเป้าหมายหลักในการพัฒนาประเทศซึง ใน
ของเป้าหมายในกลุ่มเทคโนโลยีและอุตสาหกรรม จาก
อุตสาหกรรมแห่งอนาคตจะมุ่งเน้นไปทีการพัฒนา
ด้านเทคโนโลยีชีวการแพทย์ (Health and Wellness-
Biomedical) และการวิจัยด้านเครืองมืออัจฉริยะและ
หุ่นยนต์ (Smart Devices and Robotics) สําหรับการ
นําเอานโยบายของรัฐบาลมาใช้จะเห็นได้จากการ
นําเอาองค์ความรู้ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ผนวกเข้ากับ
ศาสตร์ทางด้านวิศวกรรมมาพัฒนาและประยุกต์ใช้ด้าน
การแพทย์ การรักษาพยาบาล รวมถึงการฟื นฟู
สมรรถนะทางกายภาพของผู้ป่ วยให้ได้รับโอกาสใน
การดําเนินชีวิตอย่างคนปกติทัวไป ดังจะเห็นได้จากใน
ภาควิชาวิศวกรรมเครืองกล ของจุฬาลงกรณ์
มหาวิทยาลัย ได้มีการออกแบบและสร้างสรรค์หุ่นยนต์
สําหรับบําบัดและฟืนฟูผู้ป่ วยทีเคลือนไหวไม่ได้ให้
กลับมาเคลือนไหวได้(กองบรรณาธิการ, )
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-157
จากทีมาของปัญหาและเหตุผลทังหมดดังกล่าว
ข้างต้น คณะผู้วิจัยจึงมีแนวคิดร่วมกันทีจะพัฒนาระบบ
ตรวจวัดและบันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือบนใบหน้า
โดยใช้ชุดไมโครคอนโทรลเลอร์อาดุ่ยโน่ร่วมกับโมดูล
ตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนือ เพือใช้สัญญาณ
เหล่านันในการควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทีเป็น
ระบบให้การช่วยเหลืออืนๆ และสามารถนําผลการวิจัย
ไปพัฒนาต่อในระดับอุตสาหกรรมได้ในอนาคต
อันใกล้นี
วัตถุประสงค์ของการวิจัย
1. เพือพัฒนาชุดอุปกรณ์สําหรับตรวจวัดและ
บันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือบนใบหน้า
2. เพือจําแนกลักษณะของสัญญาณไฟฟ้ า
กล้ามเนือใบหน้าจากการแสดงท่าทางบนใบหน้า
3. เพือประยุกต์ใช้ลักษณะทีแตกกันของ
สัญญาณสําหรับควบคุมการใช้งานอุปกรณ์
อิเล็กทรอนิกส์
วิธีดําเนินการวิจัย
ในการพัฒนาระบบตรวจวัดและบันทึ ก
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือบนใบหน้า เป็นการพัฒนา
อุปกรณ์ทางฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ประยุกต์ เพือ
จําแนกลักษณะของสัญญาณเมือมีการแสดงท่าทางบน
ใบหน้าแล้วนําค่าความแตกต่างของสัญญาณทีได้รับไป
ควบคุมการทํางานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตาม
ต้องการ โดยมีวิธีการดําเนินการวิจัย ดังนี
1. การศึกษาลักษณะทางกายภาพของ
กล้ามเนือของใบหน้า (Facial muscles)
การแสดงออกเป็นสีหน้าหรือท่าทางบนใบหน้า
เกิดขึนมาจากการเคลือนไหวและทํางานร่วมกันของ
กล้ามเนือใบหน้าทีเรียกว่ากล้ามเนือแสดงสีหน้า
(Muscle of facial expression) จากการศึกษาของ
Tania Marur และคณะ (Marur, T. et al., 2014) ได้
ระบุตําแหน่งของกล้ามเนือบนใบหน้า ตําแหน่ง
ตามรูปที ประกอบด้วย () temporalis, (2)
frontalis, (3) corrugator supercilii, (4) orbicularis
oculi, (5) procerus, (6) nasalis, (7) levator labii
superioris aleque nasi, (8) levator labii superioris,
(9) zygomaticus minor, (10) zygomaticus major,
(11) orbicularis oris, (12) masseter, (13)
buccinator, (14) risorius, (15) modiolus, (16)
depressor anguli oris, (17) depressor labii
inferioris, (18) mentalis, (19) platysma, (20)
sternocleidomastoid, (21) occipitalis
รูปที ตําแหน่งกล้ามเนือใบหน้า
ทีมา: Marur, T. et al, (2014)
สําหรับการศึกษากล้ามเนือใบหน้าทีมีความเกียวข้อง
โดยตรงกับการแสดงออกทางสีหน้าและการแสดง
ท่าทางบนใบหน้าโดยตรงนัน Yothapakdee, K. และ
คณะ (2016) ได้นําเสนอไว้ตามตารางที ดังนี
ตารางที 1 กล้ามเนือทีส่งผลต่อการแสดงท่าทางบน
ใบหน้า
ลักษณะ
ท่าทาง
กล้ามเนือทีเกียวข้องหลัก
หลับตา
ข้างซ้าย
Orbicularis oculi(left), Corrugator
supercilii(left),Frontalis(left), Procerus
หลับตา
ข้างขวา
Orbicularis oculi (right), Corrugator
supercilii(right),Frontalis(right),Procerus
ทีมา: Yothapakdee, K., et al. (2016)
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-158
จากการระบุตําแหน่งของกล้ามเนือใบในรูปที
และกล้ามเนือทีมีความเกียวข้องกับท่าทางทีแสดงออก
ทางใบหน้าตามทีได้นําเสนอไปในตารางที ทําให้
คณะผู้วิจัยสามารถกําหนดตําแหน่งการติดตังเซนเซอร์
สําหรับตรวจวัดสัญญาณได้อย่างถูกต้องและแม่นยํา
2. โมดูลการตรวจวัดสัญญาณกล้ามเนือ
(EMG Muscle Sensor Module)
ระดับความตึงตัวของกล้ามเนืออันเป็นผลมาจาก
การกระตุ้นอย่างรุนแรงของกล้ามเนือ ก่อให้เกิดสิงที
เรียกว่า สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือ ทังนีเนืองมาจาก
กล้ามเนือจะประกอบไปด้วยเส้นใยกล้ามเนือขนาดเล็ก
มากทีมีลักษณะเหมือนเส้นด้ายจํานวนหลายล้านเส้น
ยืดโยงกัน โดยการหดเกร็งตัวของกล้ามเนือเป็นผลมา
จากการกระทําของเซลล์ประสาทสังการ(Motor
neuron) ทีส่งกระแสประสาทไปยังเส้นใยกล้ามเนือ
เหล่านัน สําหรับการตรวจวัดลักษณะของการ
เปลียนแปลงทีเกิดขึนนัน สามารถดําเนินการผ่าน
อุปกรณ์ทีใช้บันทึกกิจกรรมทางสัญญาณไฟฟ้าทีผลิต
ขึนจากการทํางานของ Motor unit ทีก่อให้เกิดการหด
และคลายตัวของกล้ามเนือ ซึงจะทําให้เกิดการ
เคลือนไหวหรือท่าทางต่างๆ โดยเครืองตรวจวัด
ดังกล่าวนี เป็นทีรู้จักกันทัวไปว่ า เครืองวัด
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือ (Electromyography หรือ
Electromyogram) โดยนิยมเรียกชือกันว่า เครือง
EMG (Ibrahim, et al., 2016) ซึงจะประกอบไปด้วย
โพรป(Probe)หรืออิเล็กโทรดพร้อมสาย และแผงวงจร
ไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็ก
รูปที อุปกรณ์ตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือ
3.กระบวนการทํางานของบอร์ด
ไมโครคอนโทรลเลอร์อาดุ่ยโน่
(Arduino Uno R3)
บอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์อาดุ่ยโน่-ยูโน่อาร์
(Arduino Uno R3) เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์
แบบเปิดรหัส (Open source) ซึงมีพืนฐานมาจากชิป
ATmega328 (Devarakonda, K., et al., 2016) โดยมี
ขาดิจิตอลจํานวน ขา และมีขาอนาล็อกอินพุทอีก
ขา และดําเนินการรันทีความถี MHz สามารถ
เชือมโยงผ่านพอร์ตแบบ USB มีปุ่มสําหรับทําการรี
เซตหัว ICSP และไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยทีบอร์ด
ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบอาร์ดุ่ยโน่-ยูโน่อาร์ ถูก
ออกแบบมาให้มีความสะดวกและง่ายในการเชือมต่อ
เข้ากับเครืองคอมพิวเตอร์ โดยมีรายละเอียดของ
ส่วนประกอบดังรูปที
รูปที องค์ประกอบต่างๆ ของบอร์ด
ไมโครคอนโทรลเลอร์-ยูโน่
ทีมา : Devarakonda, K., et al., (2016)
4. การออกแบบภาพรวมของระบบ
การออกแบบระบบตรวจวัดและบันทึก
สัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนือ สําหรับเป็นอุปกรณ์
ต้นแบบในกระบวนการสังการควบคุมเครืองใช้ไฟฟ้า
หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในบ้าน โดยจะเป็น
ประโยชน์อย่างมากสําหรับผู้ป่ วยโรคอัมพาตระดับ
ควอดริเพลเจีย (Quadriplegia) ซึงผู้ป่วยจะไม่สามารถ
ขยับหรือเคลือนไหวแขนขาและลําตัวได้ ระบบใน
ภาพรวมประกอบด้วย ส่วนหลักดังแสดงในรูปที
โดยมีรายละเอียดแต่ละส่วนดังนี
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-159
รูปที 4 ภาพรวมของระบบตรวจวัดและบันทึก
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้า
ส่วนที1 ส่วนของการตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้า
ของกล้ามเนือใบหน้า โดยคณะผู้วิจัยได้เลือกใช้
อุปกรณ์ตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือแบบ EMG
Muscle sensor module ของบริษัท Arduino All ซึง
เป็นอุปกรณ์ ทีมี ความสามารถในการตรวจวัด
สัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนือ อันเนืองมาจากแรงทีใช้
ในการหดและคลายตัวหรือกิจกรรมต่างๆ ของ
กล้ามเนือ เช่น การแสดงสีหน้าหรือท่าทางบนใบหน้า
เป็นต้น
ส่วนที 2 ส่วนของโมดูลนาฬิกาแบบเวลาจริง
(RTC Real Time Clock) เป็นโมดูลสําหรับบ่งบอก
หรือกําหนดเวลาทีใช้ในการจัดเก็บข้อมูล นอกจากนี
โมดูลดังกล่าวยังมีความสามารถในการแสดงระดับของ
อุณหภูมิของสิงทีอยู่แวดล้อมนันด้วย
ส่วนที 3 ส่วนของหน่วยประมวลผลของ
ไมโครคอนโทรลเลอร์ซึงเป็นบอร์ดอาร์ดุ่ยโน่-ยูโน่อาร์
3 (Arduino UNO R3) มีหน้าทีในการประมวลผล
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือทีได้รับมาจากส่วนที และ
ส่วนที 4 ส่วนของไมโคร-เอสดีการ์ดรีดเดอร์
(Micro SD card reader) เป็นโมดูลสําหรับบันทึก
ข้อมูลลงไปใน Micro SD Card โดยในงานวิจัยนีจะใช้
สําหรับบันทึกข้อมูลสัญญาณไฟฟ้าจากส่วนที 2 ซึงได้
รับมาจากระบบตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนือ
ใบหน้า
ส่วนที 5 ส่วนของการแสดงผลผ่านจอภาพแบบ
LCD ซึงเป็นผลึกคริสตอลเหลวโดยด้านหลังของ
จอภาพจะมีไฟส่องสว่างอยู่ และเมือมีการปล่อย
กระแสไฟฟ้าเข้าไปกระตุ้นทีผลึกดังกล่าวจะทําให้ผลึก
โปร่งแสง ส่งผลต่อแสงทีมาจากด้านหลังทีจะปรากฏ
ขึนบนหน้าจอ
ส่วนที 6 ส่วนของบอร์ดรีเลย์ (Relay module)
เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึงทีใช้ควบคุมหรือตัดต่อ
วงจรต่างๆ เช่น ใช้ในการควบคุมการเปิด/ปิดไฟฟ้า
โดยองค์ประกอบทังหมดสามารถแสดงได้ตามรูปวงจร
รวมในรูปที 5
รูปที 5 ลักษณะวงจรของระบบตรวจวัดและบันทึก
สัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนือใบหน้าจาก
โปรแกรม Fritzing
ผลการวิจัย
จากการออกแบบระบบตรวจวัดและบันทึก
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือในหัวข้อทีผ่านมา นําไปสู่
ขันตอนการออกแบบทดลองและการได้มาซึงผลการ
ทดลอง ดังนี
1. การออกแบบการทดลอง
1.1 ในการทดลองครังนีคณะผู้วิจัยได้ใช้
อาสาสมัครทีมีสุขภาพปกติ โดยเป็นนักศึกษาชันปีที
สาขาวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ จํานวน คน
1.2 ตําแหน่งการติดตังเซนเซอร์ (EMG
muscle sensor module) จะอยู่บริเวณทีครอบคลุม
กล้ามเนือตามทีได้ระบุไว้ในตารางที โดยเซนเซอร์
ตัวที1 (Sen_1) จะติดตังทีใบหน้าด้านขวา ส่วน
เซนเซอร์ตัวที 2 (Sen_2) จะติดตังทีใบหน้าด้านซ้าย
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-160
1.2 ในการเก็บข้อมูลคณะผู้วิจัยได้ให้
อาสาสมัครนอนราบกับทีนอนในท่านอนปกติ
1.3 คณะผู้วิจัยได้กําหนดการแสดง
ท่าทางบนใบหน้าในการทดสอบเป็น 2 ท่าทางได้แก่
หลับตา ข้างซ้ายและหลับตาข้างขวา
1.4 อาสาสมัครแต่ละคนจะทําทัง
ท่าทาง ๆละ ครังๆ ละ วินาที และพัก
วินาทีต่อครัง
1.5 ข้อมูลทีได้รับจะถูกนําไปประมวลผล
หาค่าสถิติเบืองต้นเช่น Minimum Maximum Mean
Standard deviation ด้วยโปรแกรม SPSS V.13 ซึง
เป็นโปรแกรมทีนิยมนํามาหาค่าข้อมูลทางสถิติทัวไป
1.6 นําค่าข้อมูลทีได้รับไปเป็นข้อมูล
นําเข้าให้กับการประมวลผลในไมโครคอนโทรลเลอร์
เพือทดสอบกระบวนการสังการควบคุมการทํางานของ
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในบ้าน
2. ผลการทดลอง
จากการดําเนินการทดลองตามทีได้
ออกแบบไว้ โดยระบบทีได้พัฒนาขึนนีสามารถ
ตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้าและบันทึกผล
การตรวจวัดได้ ด้วยการเขียนเป็นโค้ดผ่านโปรแกรม
Arduino IDE ตามทีแสดงในรูปที และ ตามลําดับ
รูปที การตรวจวัดสัญญาณจากการหลับตาขวา
รูปที การตรวจวัดสัญญาณจากการหลับตาซ้าย
จากนันเมือทําการทดลองกับอาสาสมัครจึงทําให้
สามารถเก็บรวบรวมข้อมูลสัญญาณได้ในรูปแบบ
ตารางแบบย่อตามทีแสดงในตารางที และตารางที
ตารางที ค่าสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้าจาก
การหลับตาข้างขวา (หน่วยวัด = Hz)
อาสา
สมัคร
คนที
ครังที 1
ครังที 2
…
ครังที 100
Sen_
1
Sen_
2
Sen_
1
Sen_
2
…
Sen_
1
Sen_
2
1 70
0 67
0
…
82
9
2
149
1 56
0
…
177
0
3
135
0
114
0
…
142
4
4
105
0 79
0
…
68
0
5
155
0
214
1
…
118
5
6
202
0 90
0
…
170
0
7
140
0
204
0
…
142
0
8
132
0 90
0
...
126
10
9 90
0
206
0
...
90
0
10
125
0
119
0
…
179
0
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-161
ตารางที ค่าสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้าจากการ
หลับตาข้างซ้าย (หน่วยวัด =Hz )
อาสา
สมัคร
คนที
ครังที 1
ครังที 2
…
ครังที 100
Sen_
1
Sen_
2
Sen_
1
Sen_
2
…
Sen_
1
Sen_
2
1
0
310
0
291
…
0
112
2
0
449
5
98
…
0
129
3
0
73
0
79
…
10
236
4
0
458
0
416
…
0
199
5
15
213
0
419
…
0
66
6
0
104
0
315
…
0
79
7
0
106
14
145
…
8
295
8
0
105
0
437
…
0
300
9
11
107
0
268
…
0
66
10
0
112
0
129
…
2
202
โดยสามารถแสดงตัวอย่างข้อมูลสัญญาณจากการ
หลับตาขวาและหลับตาซ้ายในรูปแบบของกราฟระดับ
สัญญาณได้ดังรูปที
รูปที ตัวอย่างข้อมูลสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้า
ในรูปแบบของกราฟ
สําหรับค่าของข้อมูลทีจะถูกนําไปใช้กําหนดการทํางาน
ในไมโครคอนโทรลเลอร์ ได้รับมาจากการคํานวณหา
ค่าตําทีสุดและสูงทีสุดของค่าทีตรวจวัดได้จากการ
แสดงท่าทางบนใบหน้าทีกําหนดไว้ของอาสาสมัครแต่
ละคน โดยทีคณะผู้วิจัยได้นําข้อมูลทีตรวจวัดได้นําเข้า
สู่โปรแกรม SPSS และดําเนินการคํานวณหาค่าต่างๆ
ตามทีต้องการ ตามทีแสดงใน รูปที
รูปที 9 ตัวอย่างข้อมูลการตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้า
กล้ามเนือของแต่ละเซนเซอร์และท่าทาง
จากข้อมูลการตรวจวัดตามรูปที สามารถกําหนดช่วง
ของสัญญาณสําหรับนําไปใช้กําหนดเป็นสัญญาณ
นําเข้าเพือใช้เป็นคําสังสําหรับควบคุมการทํางานของ
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในบ้าน ซึงในการทดลอง
ครังนี คณะผู้วิจัยได้ใช้การควบคุมการเปิด/ปิ ด
วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย โดยกําหนดให้เมืออาสาสมัครทํา
การหลับตาข้างขวาแล้วเซนเซอร์ (Sen_1) สามารถ
ตรวจวัดค่าสัญญาณไฟฟ้าอยู่ในช่วง 174 – 419 Hz
และเซนเซอร์ ค่าสัญญาณไฟฟ้าอยู่ในช่วง 0 – 16
Hz ให้ไมโครคอนโทรลเลอร์สังให้อุปกรณ์รีเลย์เปิด
วงจรไฟฟ้า และในกรณีตรงกันข้ามเมืออาสาสมัครทํา
การหลับตาข้างซ้ายแล้วเซนเซอร์ (Sen_1) สามารถ
ตรวจวัดค่าสัญญาณไฟฟ้าอยู่ในช่วง 0 – 63 Hz และ
เซนเซอร์ ค่าสัญญาณไฟฟ้าอยู่ในช่วง194 – 486 Hz
ให้ไมโครคอนโทรลเลอร์สังให้อุปกรณ์รีเลย์ปิ ด
วงจรไฟฟ้า โดยการกําหนดผ่านโปรแกรม Arduino
IDE ตามรูปที และ 11
รูปที 10 โค้ดกําหนดการทํางานตามช่วงสัญญาณ
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-162
รูปที 11 โค้ดกําหนดให้เปิด/ปิดแล้วแต่กรณี
อภิปรายผล
ระบบตรวจวัดและบันทึกสัญญาณไฟฟ้ า
กล้ามเนือใบหน้าทีคณะผู้วิจัยได้พัฒนาขึนนี อาศัย
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้าทีเกิดขึนจากการแสดง
ท่าทางบนใบหน้า เพือเป็นอุปกรณ์ทางเลือกสําหรับใช้
ควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือเครืองใช้ไฟฟ้า
ภายในบ้านเบืองต้นในผู้พิการหรือผู้ป่วยโรคอัมพาตซึง
ไม่สามารถเคลือนไหวอวัยวะตังแต่ลําคอลงไป โดย
คณะผู้วิจัยได้ใช้บอร์ด Arduino UNO R3 สําหรับ
ประมวลผลสัญญาณทีตรวจวัดได้ พร้อมจําแนก
ลักษณะและขนาดของสัญญาณทีได้รับ เพือนําไปใช้
เป็นข้อมูลในการสังการและควบคุมอุปกรณ์ ซึงจาก
การทดลองพบว่า การแสดงท่าทางหลับตาข้างขวา
จํานวน ครังต่ออาสาสมัคร คนนัน อุปกรณ์
ตรวจวัดสัญญาณตัวที (Sen_1) มีระดับหรือค่าของ
สัญญาณตังแต่ – 419 Hz ส่วนอุปกรณ์ตรวจวัด
สัญญาณตัวที 2 (Sen_2) มีระดับหรือค่าของสัญญาณ
ตังแต่ – 16 Hz ค่าของข้อมูลสัญญาณเหล่านีถูก
นํามาเป็นข้อมูลนําเข้าเพือกําหนดเป็นสถานการณ์ของ
การเปิดไฟฟ้าหรือเปิดใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน
ส่วนในกรณีทีทําการแสดงท่าทางหลับตาข้างซ้าย
คณะผู้วิจัยพบว่า อุปกรณ์ตรวจวัดสัญญาณตัวที
1(Sen_1) ตรวจวัดสัญญาณได้ทีระดับหรือค่าของ
สัญญาณตังแต่ – 63 Hz และอุปกรณ์ตรวจวัด
สัญญาณตัวที 2 (Sen_2) มีระดับหรือค่าของสัญญาณ
ตังแต่ – 486 Hz ค่าของข้อมูลสัญญาณเหล่านีถูก
นํามาเป็นข้อมูลนําเข้าเพือกําหนดเป็นสถานการณ์ของ
การปิดไฟฟ้าหรือปิดใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน
ดังนัน จากการศึกษาวิจัยนีกลุ่มของผู้พิการ
หรือผู้ป่วยโรคอัมพาตจะมีความสามารถในการควบคุม
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือเครืองใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน
เบืองต้นได้ ผ่านการแสดงท่าทางบนใบหน้าเท่านัน
สรุปผลการวิจัย
การพัฒนาระบบสําหรับใช้ตรวจวัดและบันทึก
สัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือบนใบหน้าทีได้พัฒนาขึนนี มี
ความสามารถทีจะตรวจวัดและเก็บบันทึกระดับของ
สัญญาณทีเกิดขึนจากการแสดงท่าทางบนใบหน้าได้
อีกทังยังสามารถจําแนกลักษณะของสัญญาณไฟฟ้าที
ตรวจวัดได้ว่าเป็นสัญญาณทีมาจากการแสดงท่าทาง
ในลักษณะหรือรูปแบบใด และในท้ายทีสุดคณะผู้วิจัย
ได้ประยุกต์ใช้รูปแบบของสัญญาณจากการดําเนินการ
ทดลองในครังนี สําหรับใช้เป็นข้อมูลนําเข้าในการ
สังการและควบคุมกระบวนการทํางานเบืองต้นของ
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือเครืองใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน
เช่น การเปิดและปิดการใช้งานอุปกรณ์เหล่านันได้ด้วย
การแสดงท่าทางหลับตาข้างขวาสําหรับการเปิดใช้งาน
อุปกรณ์ไฟฟ้า และการแสดงท่าทางหลับตาข้างซ้ายใน
การปิดการทํางานของอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านัน
สําหรับการศึกษาวิจัยในอนาคตนัน
คณะผู้วิจัยมีความสนใจทีจะนําเอาเทคโนโลยี
การสื อสารไร้สาย (Wireless Communication
Technology) มาประยุกต์ใช้เพือให้ระบบตรวจวัดและ
บันทึกสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนือใบหน้าสามารถนําไป
ประยุกต์ใช้กับงานด้านอืนๆ ได้มากขึนและยังรวมไป
ถึงการพัฒนาระบบหรืออุปกรณ์ให้การช่วยเหลือกลุ่ม
ของผู้พิการหรือผู้สูงอายุ เพือเตรียมตัวรับสภาพสังคม
ทีกําลังจะก้าวไปสู่สังคมของผู้สูงอายุ (Aging Society)
อย่างเต็มรูปแบบในอนาคตอันใกล้นี
การประชุมวิชาการระดับชาติ
“
นวัตกรรมและเทคโนโลยีวิชาการ 2017”
“วิจัยจากองค์ความรู้สู่การพัฒนาอย่างยังยืน
”
B-163
เอกสารอ้างอิง
กระทรวงสาธารณสุข. 2554. บทบาทภาครัฐเพือการ
ส่งเสริมและพัฒนาคุณภาพชีวิตคนพิการ.
สํานักนโยบายและยุทธศาสตร์. บริษัท
สามเจริญพาณิชย์ (กรุงเทพ) จํากัด.
กระทรวงอุตสาหกรรม. 2559. ยุทธศาสตร์การ
พัฒนาอุตสาหกรรมไทย 4.0 ระยะ 20 ปี .
สํานักงานปลัดกระทรวงอุตสาหกรรม.
กรุงเทพมหานคร.
กองบรรณาธิการ. (2559). หุ่นยนต์บําบัดผู้ป่ วย
ต้นแบบการพัฒนาจากวิศวกรรมสู่
การแพทย์ในยุค Industry 4.0, Special
Scoop for Quality Management.
สมาคมส่งเสิรมเทคโนโลยี (ไทย-ญีปุ่น):
กรุงเทพฯ. 23(216).
Chen, B., Ma, H., Qin, L. Y., Guan, X., Chan, K.
M., Law, S. W., et al. (2015, December).
Design of a lower extremity exoskeleton
for motion assistance in paralyzed
individuals. In Robotics and Biomimetics
(ROBIO), 2015 IEEE International
Conference on (pp. 144-149). IEEE.
Devarakonda, K., Nguyen, K. P., Kravitz, A. V.
(2016). ROBucket: a low cost operant
chamber based on the Arduino
microcontroller. Behavior research
methods, 48(2), 503-509.
Fu, V. W. Y., Weatherall, M., McNaughton, H.
(2017). The Taking Charge After Stroke
(TaCAS) study protocol: a multicentre,
investigator-blinded, randomised
controlled trial comparing the effect of a
single Take Charge session, two Take
Charge sessions and control intervention
on health-related quality of life 12 months
after stroke for non-Māori, non-Pacific
adult New Zealanders discharged to
community living. BMJ open, 7(5),
e016512.
Ibrahim, A. F. T., Gannapathy, V. R., Chong, L.
W., Isa, I. S. M. (2016). Analysis of
Electromyography (EMG) Signal for
Human Arm Muscle: A Review. In
Advanced Computer and Communication
Engineering Technology (pp. 567-575).
Springer, Cham.
Kiguchi, K., Yokomine, Y. (2014, October).
Walking assist for a stroke survivor with a
power-assist exoskeleton. In Systems,
Man and Cybernetics (SMC), 2014 IEEE
International Conference (pp. 1888-1892)
Knops, M., Werner, C. G., Scherbakov, N.,
Fiebach, J., Dreier, J. P., Meisel, A.,
et al. (2013). Investigation of changes
in body composition, metabolic profile
and skeletal muscle functional capacity in
ischemic stroke patients: the rationale
and design of the Body Size in Stroke
Study (BoSSS). Journal of cachexia,
sarcopenia and muscle, 4(3), 199-207.
Marur, T., Tuna, Y., Demirci, S. (2014). Facial
anatomy. Clinics in dermatology, 32(1),
14-23.
Udayashankar, A., Kowshik, A. R., Chandramouli,
S., Prashanth, H. S. (2012, November).
Assistance for the paralyzed using eye
blink detection. In Digital Home (ICDH),
2012 Fourth International Conference on
(pp. 104-108). IEEE.
World Health Organization : Country Office for
Thailand. (2017). WHO Country
Cooperation Strategy, Thailand, 2017-
2021. Nonthaburi, 2017.
Yothapakdee, K., P.Yupapin, P., and Tamee, K.
(2016). Facial Gesture Measurement
Using Optical Muscle Sensing System.
Nano Biomedicine and Engineering, 7(4),
p.169-179.
