Summary
Un dispositif a été créé pour démontrer le contrôle électromyographie auprès d’un public laïque. Après le succès du dispositif initial, un deuxième appareil a été effectué avec une plus grande souplesse dans la fonctionnalité pour fins de recherche et de démonstration. Ce protocole décrit le processus de construction et d’étalonnage des deux appareils.
Abstract
Dans ce manuscrit, nous présentons deux systèmes « Bionic Clicker », le premier visant à démontrer l’électromyographie (EMG) a basé des systèmes de contrôle pour des fins éducatives et le second à des fins de recherche. EMG basée contrôle systèmes de capter des signaux électriques générés par l’activation des muscles et utilisent comme entrées pour les contrôleurs. Contrôleurs d’EMG sont largement utilisés en prothèses aux membres du contrôle.
La marque j’ai (MK I) clicker permet à l’utilisateur de changer la diapositive d’une présentation en levant le doigt d’index. Il est construit autour d’un microcontrôleur et un bio-signaux bouclier. Il ont suscité beaucoup d’intérêt auprès du public et de la communauté des chercheurs.
Le dispositif de Mark II (MK II) présenté ici a été conçu pour être un système moins cher, plus racé et plus personnalisable qui peut être facilement modifié et transmettre directement les données de l’EMG. Il est construit en utilisant un microcontrôleur capable sans fil et un capteur de muscle.
Introduction
Aspire Centre for Rehabilitation Engineering and Assistive Technology étudie les techniques qui sont applicables et transférable entre les différents domaines dans des domaines connexes d’intérêt, y compris mais non limité à, des accidents vasculaires cérébraux, la dystrophie musculaire, amputation, le vieillissement de la population et la formation des compétences spécialisées. Un domaine de recherche qui le centre est impliqué dans est neuroprothèse. Des nombreuses techniques utilisées pour le contrôle des armes NEUROPROTHÉTIQUES, EMG est une des entrées principales pour le contrôle des systèmes1,2,3,4,5,6. C’est en grande partie en raison de sa facilité d’utilisation et prix abordable par rapport aux autres systèmes de contrôle7. Récemment développé des prothèses 3D imprimés tels que la main de Ada peut coûter 1 000 USD lors de l’utilisation de ce type de contrôle8,9,10. Toutefois, lorsque vous tentez de démontrer ces systèmes au public, il n’y a pas de moyen facile de le faire sans l’aide d’une personne amputée.
Pour sensibiliser davantage les activités de recherche dans ce domaine aux membres du public, un dispositif de démo clicker bionique a été développé. Il est très important d’utiliser la démonstration axée sur l’objet car il attire l’attention et accélère l’apprentissage et la compréhension du sujet enseigné11. Notre dispositif permet non seulement d’enseigner la notion de EMG mais aussi d’améliorer la connaissance de l’évolution actuelle des technologies modernes. En outre, qu’il inspire des générations plus jeunes à choisir les études dans les domaines sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (STEM).
Le MK de Clicker Bionic I was made avec des pièces facilement accessibles qui étaient déjà en usage au sein du laboratoire. Elle se composait d’un microcontrôleur, un bio-signaux bouclier12, électrodes, une armoire, un tableau de communication sans fil et une pile de 9 V. L’appareil a fonctionné en ramassant l’activité du muscle abducteur indicis situé entre le pouce et l’index. Il entraîne un changement de lame en imitant un clavier et en envoyant une « pression de touche droite » chaque fois qu’un seuil présélectionné a été atteint. Le contrôle des stupéfiants a permis l’envoi manuel de touches « gauche » et « right » (diapositives de progrès et recul diapositives) et pourraient également être utilisée pour remplacer l’entrée de l’EMG si les choses ont mal tourné au cours d’une démonstration en direct.
Dans le cadre des activités de participation du public pour le département génie biomédical et physique médicale, nous avons démontré le Clicker Bionic aux membres du public. Il a reçu un accueil enthousiaste du public et suscité l’intérêt dans plusieurs collaborations de départ. Après le succès du dispositif initial, une deuxième version de l’appareil a été conçue.
L’objectif pour la conception d’un deuxième appareil devait produire un dispositif qui était moins cher, moins lourd et plus personnalisable que le premier appareil. Le but de ce dispositif a été de concevoir quelque chose qui pourrait facilement être modifié pour les projets d’étudiants et d’intégrer à moindre coût des projets existants. Le principal avantage de ce dispositif sur d’autres disponibles1,2,3,4,5,6 est sa facilité d’utilisation, de petite taille et coût bas. Bien que les dispositifs de bionic clicker a peut-être pas la résolution des autres dispositifs de recherche, tels que les dispositifs de déclenchement, ils sont plus que suffisant. Le MK II est une base idéale pour n’importe quel système qui utilise un seuil EMG pour déclencher un dispositif, tel qu’un contrôleur prothétique ou les appareils et accessoires fonctionnels.
La conception a été basée autour d’un microcontrôleur compatible sans fil et d’un capteur de muscle. Il a également inclus une batterie 3,7 V 150 mAh Lithium-polymère, une commande manuelle et une affaire d’impression 3D. La figure 3 montre un aperçu des différences entre les modèles. La conception du MK II a les mêmes fonctionnalités de base que l’appareil d’origine mais a significativement plus de fonctionnalités potentielles pour de nouvelles applications comme la surveillance sans fil de EMG.
Protocol
Le protocole suit les directives du Comité d’éthique de l’University College de Londres recherche humaine.
ATTENTION : Ce protocole contient un danger électrique et un risque de brûlure (fer à souder) ; lire les deux avant d’essayer ce protocole. Ce protocole comprend la connexion d’un périphérique à la peau. S’assurer qu’à aucun moment, il existe un chemin entre le secteur de peau et de l’électricité. Ne touchez jamais l’élément du fer à souder. Tenir les fils à chauffer avec la pince à épiler ou à pinces. Garder l’éponge humide pendant l’utilisation. Retourne toujours le fer à souder sur son stand quand pas en service. Ne jamais poser sur l’établi. Arrêtez l’appareil et débranchez-le quand pas en service.
1. Assembler les composants de Base
NOTE : Figure 3 donne un aperçu des étapes protocole.
- Pour construire le MK Clicker Bionic I, branchez la protection bio-signaux du capteur dans le microcontrôleur et visser les câbles de l’EMG dans les bornes à vis E, M et GND du bouclier (voir Figure 4). Passez à l’étape 1.6.
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Pour construire le MK II, placer une rangée de trois broches d’en-tête dans le capteur de muscle dans le +, - et SIG (voir Figure 5) des trous par dessus et souder dessous.
- De plier des broches d’en-tête 90 ° avec une paire de jumelles à mi-hauteur les tiges. Cela place les broches dans la position correcte pour le cas.
- Si vous utilisez muscle abducteur indicis comme entrée, passez à l’étape 1.3, sinon passer à l’étape 1.4.
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Débrancher le câble de référence noir courte de la sonde de muscle.
- Coupez les trois câbles de EMG avec un coupe-fil pour relier le poignet et le dos de la main. Dénudez l’extrémité des trois câbles EMG avec une pince à dénuder.
- Placez l’extrémité dénudée du fil noir dans le trou de R, le fil bleu dans le trou E et le fil rouge dans le trou M du capteur musculaire (Figure 5). Soudez les fils en place sur la face inférieure de la sonde de muscle. Passer à l’étape 1.5.
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Clip deux électrodes dans le dessous de la sonde de muscle et une électrode dans le connecteur du câble noir de référence.
- Coller le capteur musculaires sur le muscle sélectionné avec les électrodes auto-adhésives et placer l’électrode de référence noir dans un endroit approprié.
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Couper 8 monocœur multi-threads fils à la longueur et de chaque extrémité de la bande : 5 courts fils (7 cm) à courir à partir du microcontrôleur pour le contrôle des stupéfiants (rouge, noir, vert, blanc et bleu) et 3 plus longue (environ 12 cm mais elle dépend de la taille du poignet) fils (rouge, noir et vert) courir d’un côté du poignet à l’autre.
Remarque : Si placer le capteur du muscle sur un muscle différent s’assurer que les fils plus longs seront déroulera sur le site de capteur de muscle sur le site de microcontrôleur sans fil.- Placer les fils dans le microcontrôleur prêt pour la soudure : trou 2 fils rouges sur le 3V, 2 fils noirs dans le trou de terre, le fil vert de long dans le trou de A0, le fil court bleu dans le trou 2, le fil blanc dans le trou 3 et le fil vert court dans le trou 5. Soudez les fils en place sur la face inférieure du microcontrôleur.
- Soudez l’autre extrémité des fils longs 3 à 3 prises d’en-tête dans l’ordre : rouge, noir, vert. Voir la Figure 5. Si ce n’est pas le cas, à l’aide de muscle abducteur indicis passez à étape 2.
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Placez les coussinets EMG sur la main, comme illustré à la Figure 6, avec deux des électrodes aux extrémités du muscle abducteur indicis et un détecteur de mouvements de EMG sur le milieu du dos de la main.
- Agrafer les électrodes dans l’extrémité du connecteur des câbles capteurs musculaires (push fit). Le clip de bleu et rouge électrodes au-dessus du muscle, les clips d’électrode noire sur le dos de la main.
2. test EMG sortie
- Télécharger la bibliothèque pour le bouclier de bio-signaux suivant le lien14 de la section de référence. Décompressez-le et placez-le dans le dossier de bibliothèques de développement intégré (IDE) (généralement situé dans documents/Arduino/bibliothèques). Passez à l’étape 2.3. Si la construction de la MK II, passez à l’étape 2.2.
- Ajoutez les planches du microcontrôleur à l’IDE, suit les instructions15.
- Télécharger « ThresholdTest.ino » pour le MK I ou « BLEThresholdTest.ino » et « BluefruitConfig.h » pour la MK II et l’ouvrir dans le logiciel IDE (fichiers complémentaires).
- Débranchez l’ordinateur portable du réseau électrique, et puis et seulement alors, branchez le microcontrôleur sur l’ordinateur portable via un câble de Bus série universel (USB).
- Télécharger la version appropriée du critère préliminaire au microcontrôleur et puis ouvrez le moniteur série (outils > Serial Monitor). La sortie de l’EMG apparaît maintenant.
- Déplacez l’index d’un côté à l’autre et à déplacer la main sans déplacer l’index. Notez les valeurs affichées dans chaque cas.
Remarque : Lorsque vous utilisez le MK II Veillez les câbles ne déplacent pas car il est extrêmement sensible au bruit généré de cette manière. - Sélectionnez une valeur qui est au-dessus de ce qui est visible lorsque la main est déplacée, mais inférieurs à ce qui est visible lorsque le doigt est déplacé d’un côté à l’autre. Notez cette valeur.
Remarque : La valeur est sélectionnée afin que l’appareil ne sera activé par un mouvement tenace du doigt. Il s’agit de la valeur seuil de déclenchement, la valeur à laquelle l’appareil sera activé. Le capteur de muscle a un réglage de gain qui peut être modifié manuellement si la valeur de seuil est difficile à trouver. Les électrodes devrez peut-être être remplacé. Si vous utilisez le muscle indicis abducteur, réglé le gain au minimum comme point de départ. Le réglage de gain est altéré par le potentiomètre sur le capteur de muscle marqué par le GAIN, et ceci peut être changé par un petit tournevis à tête plate.
3. test seuil
- Télécharger « BoomTest.ino » pour le MK I ou « BLEBoomTest.ino » et BluefruitConfig.h pour le MK II et l’ouvrir dans le logiciel IDE.
- Modifier le code fourni en remplaçant « PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE » avec la valeur de déclenchement seuil déterminé précédemment à l’étape 2.8. Il s’agit de la ligne 37 du code pour le MK I et ligne 47 du code de la MK II.
- Télécharger la version correcte du BoomTest au microcontrôleur et puis ouvrez le moniteur série (outils > Serial Monitor).
- Déplacer l’aiguille autour (ne pas déplacer l’index de gauche à droite) ; rien n’est visible sur la sortie série.
- Déplacez l’index d’un côté à l’autre ; le mot « BOOM » s’affiche.
Remarque : Si « BOOM » s’affiche au mauvais moment ou pas du tout, vérifier les branchements et revenir à l’étape 2.7.
4. 3D Print l’affaire MK II
- Si la construction de la MK II, télécharger les fichiers stl pour tous les 5 éléments de l’affaire (voir la Figure 7 pour toutes les 5 pièces). Imprimer les éléments de l’affaire de toute méthode recommandée. Passez à l’étape 5.2. Si construire le MK, passer à la section 5.
NOTE : L’affaire a été imprimé avec succès par les deux dépôts fusionnés modélisation16 (FDM) et photolithographie imprimantes17.
5. la Commission de contrôle de soudure
Remarque : Si la construction de la MK II, passez à l’étape 5.2.
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Placez une rangée de deux broches d’en-tête, cinq 10 résistances KΩ, un interrupteur à coulisse et deux commutateurs de bouton poussoir pour les composants, comme illustré à la Figure 8A ; puis souder en place sur la face inférieure du Conseil d’administration.
- Briser les pistes de cuivre sur le Conseil de bande en fendant avec un cutter, en suivant les lignes gris sur la Figure 8A. Cela permet des pistes individuelles d’avoir de multiples fonctions dans tous les domaines.
- Couper 7 fils (noir, rouge, bleu, orange, blanc, brun et jaune) de la bonne longueur avec un coupe-fil afin qu’ils seront exécutera de l’avant-bras sur le bras (environ 30 cm). Couper un fil rouge de 7 cm, un fil noir de 3 cm et d’une orange et un fil bleu de 4 cm.
- Dénuder les deux extrémités des fils avec une pince à dénuder.
- Placer les fils dans la Commission de contrôle, suivant le schéma de circuit illustré à la Figure 9; soudez les fils en place sur la face inférieure.
- Souder les longs fils rouge et noirs à une paire de broches d’en-tête et les souder ensuite les autres fils de longs à une bande de broches d’en-tête dans l’ordre : bleu, orange, blanc, brun, jaune.
- Souder le 5V et broches GND du module sans fil pour les broches d’en-tête sur le contrôle des stupéfiants.
- Souder le fil orange court à la broche 2 du module de communication sans fil et le fil bleu court à la broche 3.
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Place trois 10 résistances de KΩ, un interrupteur à coulisse et pousser deux bouton interrupteurs comme illustré à la Figure 10A et souder en place sur la face inférieure du Conseil d’administration.
- Briser les pistes de cuivre sur le Conseil de bande en fendant avec un cutter, en suivant les lignes gris sur la Figure 10 a. Ceci permet à la piste d’avoir de multiples fonctions au Conseil d’administration.
- Couper les fils qui ont été précédemment soudées au microcontrôleur avec un coupe-fil, afin qu’ils puissent exécuter à travers la couche moyenne de l’affaire de microcontrôleur pour le contrôle des stupéfiants sans arrêter le cas de fermeture (Figure 10B).
- Placer les fils dans la Commission de contrôle, suivant le schéma de circuit (Figure 11). Soudez les fils en place. Passer au point 6.2.
6. Assembler le Clicker et mise à jour de microcontrôleur
- Ré-assembler le Clicker Bionic, reliant les connecteurs de l’en-tête du contrôle Conseil fils au microcontrôleur et bio-signaux bouclier (5V et GND sur le MK I, broche 22-30 sur la MKII). Connectez la batterie au microcontrôleur. Voir la Figure 12. Passez à étape 6.3.
- Ré-assembler le Clicker Bionic, connectez le connecteur de l’en-tête du microcontrôleur du capteur de muscle (fil vert à SIG). Voir la Figure 13.
- Connectez le microcontrôleur à l’ordinateur portable via un câble USB.
- Télécharger « BionicClicker.ino » ou ' BLEBionicClicker.ino et BluefruitConfig.h et l’ouvrir dans le logiciel IDE.
- Modifier le code et remplacer « PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE » avec la valeur de déclenchement seuil déterminé à l’étape 2.7 (ligne 59 du code pour le MK I, ligne 83 du code pour le MK II).
Remarque : Le nom que le périphérique de MK II apparaît comme lors de la connexion plus sans fil peut être modifié en éditant la ligne 47 du code. Remplacer «Bionic Clicker MK II» avec un autre titre. - Débranchez le microcontrôleur de l’ordinateur portable en retirant le câble USB.
7. Connectez le périphérique à un ordinateur
- Si à l’aide de la MK I, suivez les instructions pour jumeler le module sans fil à l’appareil en suivant guide18 les directives du fabricant. Si vous utilisez le MK II, vous connecter à l’appareil sans fil suivant la procédure pour connecter un clavier sans fil à l’ordinateur utilisé.
8. tester le Clicker
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Ouvrez un logiciel de dactylographie et entrer du texte, tels que « Lorem ipsum dolor sit amet ». Cela permet des presses d’être perçu pour vérifier si ces commandes sont envoyées et reçues.
Remarque : Si la batterie est faible le dispositif peut émettre un comportement erratique ; toujours utiliser une pile neuve.- Appuyez sur le bouton manuel avant de voir le curseur à déplacer vers l’avant et le manuel en arrière bouton pour voir le curseur de se déplacer vers l’arrière. Lever le doigt d’index pour aussi aller de l’avant.
- Pour tester le clicker avec le logiciel de présentation, lever le doigt pour progresser les diapositives.
Remarque : Le commutateur override active la fonction de l’EMG sur et en dehors, et le manuel avant et en arrière boutons progrès et battre en retraite les diapositives dans les deux scénarios.
9. Monter le Clicker
Remarque : Si la construction de la MK II passer à étape 9.2.
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Si le MK I, couper le recto-verso crochet et boucle de matériau avec des ciseaux, de la construction afin qu’elle s’adapte confortablement autour du poignet. Assurez-vous que les boucles sont vers l’intérieur pour ne pas rayer le poignet.
- Couper le crochet double-face et boucle matériau afin qu’elle s’adapte confortablement autour du bras, puis vérifiez les boucles font face vers l’intérieur.
- Couper les bandes de Velcro double face à la taille du microcontrôleur (10 x 5 cm) et le contrôle des stupéfiants (2,5 cm x 6,4 cm). Coupez une bande qui s’adapte étroitement autour de la batterie (4 x 12 cm).
- Utilisation du pistolet à colle, coller le côté de la boucle des bandes vers le bas du microcontrôleur et le bas de la carte de contrôle.
- Fixez la platine à la dragonne. Fixez le microcontrôleur et la batterie à la sangle du haut du bras.
- Branchez tout : The 9 V batterie se branche sur le microcontrôleur avec le connecteur PP3. Le bouclier de microcontrôleur et e-santé se connecter à la carte de commande via les fils soudés.
Remarque : Le MK I est maintenant terminé.
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Si la construction de la MK II, couper un matériau de Velcro double face 35 mm de large et suffisamment longue pour enrouler autour du poignet (environ 22 cm pour petits poignets).
- Faites glisser le matériau crochet et boucle à travers les clips au bas du boîtier. Assurez-vous que les boucles soient orientés vers l’intérieur pour ne pas rayer le poignet.
- Branchez les fils soudés au microcontrôleur se terminant par l’en-tête de femelle dans les broches mâles en-tête sur le capteur de muscle et agrafer les électrodes dans les câbles de l’EMG en les poussant.
Remarque : Le MK II est maintenant terminé. Voir la Figure 14.
Representative Results
Le MK II est plus abordable, personnalisable et moins encombrant que le MK I appareil. Tout le que MK II coûte seulement un peu plus que le seul bouclier de bio-signaux (75 USD). L’appareil est nettement moins assis sur le poignet plutôt que le bras et le microcontrôleur sans fil pourraient potentiellement simultanément accepter des entrées de 6 capteurs musculaires. L’autonomie fonctionnelle du MK I dispositif est moins d’une heure en utilisant un 9 V 550 mAh et de l’autonomie fonctionnelle de l’appareil de MK II (lorsqu’il est utilisé comme un clicker) est environ 8 heures, à l’aide d’une batterie de mAh 3,7 V 150 ; Voir le tableau 1 pour une comparaison des dispositifs.
Le Bionic Clicker MK II peut avoir un problème lorsqu’il est utilisé sur le ravisseur indicis : l’amplificateur peut saturer et prendre plus d’une seconde à s’en acquitter (voir Figure 15). Attention, placement des électrodes et correctement réglage du gain peut surmonter ce problème. Cela n’arrive pas avec Bionic Clicker MK I ou sur n’importe quel autre couramment utilisé des muscles pour EMG.
Tandis que l’étalonnage des appareils pour trouver la valeur seuil de déclenchement, les nombreuses valeurs différentes peuvent être observés. Elles se divisent en trois gammes : les valeurs lorsque la main est à l’arrêt, les valeurs lorsque la main est en mouvement et les valeurs lorsque le doigt est déplacé. Le tableau 2 montre les valeurs enregistrées dans chaque gamme ; pour les fixes et la main en mouvement de gammes, les valeurs maximales sont indiqués et pour le doigt tenseur gamme la valeur minimale est indiquée. La valeur de seuil est sélectionnée pour se situent au-dessus de la main en mouvement de valeur et en dessous du doigt tenseur de valeur. Une valeur plus proche de la main en mouvement gamme augmente le risque de faux positif et réduit le risque de faux négatifs, alors qu’une valeur plus proche au doigt tenseur gamme a l’effet inverse.
Les deux appareils si éprouvé de faux négatifs et faux positifs lorsque tensing muscle abducteur indices. Un faux négatif a été enregistré lorsque l’appareil n’a pas déclenché un changement de lame sur le tenseur du muscle et un faux positif a été enregistré si la diapositive changé lorsque aucun tenseur s’est produite. Aucun dispositif a eu un problème avec de faux positifs, bien que le dispositif de MK II a connu le faux négatif occasionnel (moins de 5 % du temps). Le MK I appareil n’éprouve aucun faux positifs ou négatifs durant les 45 premières minutes de fonctionnement, bien que le nombre de faux négatifs augmente rapidement jusqu'à la défaillance de périphérique totale entre 50 minutes et une heure (voir tableau 3).
Ces résultats montrent que l’appareil a réussi à ses objectifs déclarés. Le tableau 1 montre que le MK II est moins cher et a plus de flexibilité que le MK I. tableau 2 et tableau 3 montrent que l’appareil fonctionne comme prévu et peut être utilisé comme un dispositif de déclenchement axée sur l’EMG. Figure 15 illustre les problèmes qui peuvent se produire si vous utilisez le muscle d’indices abducteur : ce n’est pas un problème qui se produit avec la plupart des muscles et peut être résolu en modifiant le gain. Bien que les dispositifs ont des problèmes, ils ne suffisent pas pour l’utilisation prévue.
Figure 1 : Le Clicker : Bionic MK I. Cela montre le Clicker Bionic MK I et tous ses composants montés sur le bras gauche. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Schéma fonctionnel des appareils. Chaque case représente une section distincte du dispositif ; dans chaque case est la fonctionnalité qui a de l’article dans le cadre du dispositif. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Mesures pour renforcer le dispositif de. Un diagramme de flux contenant une présentation détaillée de chaque étape du protocole. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : MK initial j’ai Assemblée. Microcontrôleur avec les câbles de signaux bio shield et électrode. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : L’Assemblée initiale MK II. Microcontrôleur avec le capteur de muscle et les connexions soudées. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Placement des électrodes. Cette figure illustre le positionnement correct des électrodes sur la main lorsque vous utilisez le ravisseur indicis. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : Pièces affaire le MK II. Les pièces de l’affaire MK II prêt pour l’impression sur une imprimante de photolithographie. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : Le MK I circuit de commande. unCircuit imprimé dessus (marques grises où le Conseil de bande était contacts cassés sur le dessous). (b) complété le Circuit imprimé. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 9 : The MK je contrôler le schéma de circuit board. Le schéma de circuit pour le MK I de contrôle des stupéfiants montrant les liens entre les résistances, les commutateurs et les fils. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 10 : Le MK I circuit de commande. (un) de contrôle des stupéfiants par dessus (marque gris où le Conseil de bande était contact cassé sur le dessous). (b), à la carte de Circuit terminé s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 11 : Schéma de câblage de la MK II contrôle Conseil. Le schéma de circuit pour le MK I de contrôle des stupéfiants montrant les liens entre les résistances, les commutateurs et les fils. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 12 : L’assemblé : MK I. Cela montre tous les composants du MK I appareil avant ils ont été montés sur le bras. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 13 : Assembler le Clicker MK II. (a) Place le microcontrôleur dans le fond de l’affaire. (b) mettre la batterie dans la section médiane et placez le couvercle. (c) Placez la sonde de muscle dans son étui et placez le couvercle. (d) Branchez le microcontrôleur sur le capteur de muscle et la batterie au microcontrôleur. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 14 : La bionique rempli Clicker MK II. (a) sur la sangle velcro. (b) sur le poignet. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 15 : Sursaturation du capteur muscle. Ce chiffre montre ce qui arrive lorsque le capteur de muscle est saturé ; les plateaux sont lors de l’activation musculaire était trop forte pour le réglage de gain actuel sur l’appareil. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
| MK I | MK II | |
| Capteur EMG | Générale de Bio-capteurs | Capteur de Muscle dédié |
| Sans fil | Module sans fil séparé | Sur le plateau de microcontrôleur |
| EMG plus sans fil ? | N° | Oui |
| Batterie | 9 V PP3 | 150 mAh LiPo |
| Temps d’exploitation | 1 h | 8 h |
| Moment de la génération | 5 h | 4 h |
| Coût total | 150 $ | 80 $ |
| Faux positifs (%) | 0 | 0 |
| Faux négatifs (%) | 0 | 4.7 |
Tableau 1 : comparaison des dispositifs. Ce tableau compare plusieurs aspects des appareils, de la conception à la fonctionnalité.
| Stationnaire (maximum) | Déménagement de main (au maximum) | Contraction de doigt (au minimum) | Valeur seuil | |
| MK I | 25 | 35 | 215 | 200 |
| MK II | 40 | 280 | 460 | 400 |
Tableau 2 : résultats de l’étalonnage. Ce tableau indique les valeurs obtenues tout en gardant la main immobile, passer la main et doigt tenseur, ainsi que la valeur de seuil sélectionné.
| Nombre de faux négatifs (testé toutes les 30 s) | Nombre de faux positifs (activations spontanées) | ||||
| Premier 45 min | 45 min - 1 h | 1-8 h | Premières heures | 1-8 h | |
| MK I | 0 | 35 | N/A | 0 | N/A |
| MK II | 4 | 1 | 40 | 0 | 0 |
Tableau 3 : essais des dispositifs de. Comparaison des faux positifs et faux négatifs entre les deux appareils.
Les fichiers de code supplémentaire pour MK I et MK II :
Veuillez cliquer ici pour télécharger « BionicClicker.ino »
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « BLEBionicClicker.ino ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « BLEBoomTest.ino ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « BLEThresholdTest.ino ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « BoomTest.ino ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « ThresholdTest.ino ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « Plume-Featherbase.stl ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « Plume-Feathermid.stl ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « Plume-Feathertop.stl ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « Myo-Myobase.stl ».
S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger « Myo-Myolid.stl ».
Discussion
La saturation de la MK II lorsqu’il est utilisé sur le ravisseur indicis est moins un problème qu’il peut d’abord apparaître. Attention, placement des électrodes et bon gain réglage s’arrête cela d’être un problème lorsque l’appareil est utilisé comme un clicker. Sauf si intéressé à consigner avec exactitude l’activité des indices ravisseur, c’est probablement pas un problème du tout. Aucune saturation excessive n’a été vu sur n’importe quel autre muscle après que le gain a été défini. Les faux négatifs avec le MK II sont dues à la difficulté de choisir la valeur de seuil approprié lorsque vous utilisez le ravisseur indicis. Avec gros muscles, la différence entre l’amplitude d’activation non intentionnelle du muscle et tenseur tenace du muscle est supérieure, permettant la sélection d’un point de seuil qui est plus loin tant les faux positifs et faux négatifs points. Sur les mains en particulier les petits muscle abducteur indicis peut être trop petit pour les électrodes à placer correctement (même si avec petites électrodes auto-adhésives cela pourrait potentiellement être résolu).
La vie de la batterie beaucoup plus de temps pour le MK II est utile pour diverses raisons. Tout d’abord, le MK I dispositif a commencé à agir irrégulièrement après 45 minutes d’utilisation, donc il ne peut pas être utilisé pour des démonstrations plus longtemps. Ensuite avec une autonomie de plusieurs heures, le MK II peut être considéré comme un contrôle d’entrée pour un appareil utile, et avec seulement une légère augmentation en taille de batterie physique, il pourrait être utilisé comme un dispositif de surveillance toute la journée. Le microcontrôleur sans fil possède 6 entrées analogiques et 13 entrées numériques ; Cela signifie que l’appareil peut accepter des signaux provenant de capteurs musculaires multiples pour créer un périphérique avec plusieurs degrés de liberté dans les entrées de contrôle. Il est à noter aussi que le capteur de muscle pourrait être remplacé par n’importe quel biocapteur avec une sortie analogique pour créer un périphérique qui utilise d’autres signaux biologiques comme entrée. Le code de l’appareil peut également être facilement modifié pour changer sa fonctionnalité. Modifications sur le logiciel et le matériel de l’appareil permettent des modifications simples et variées à l’appareil.
Une des limitations de l’appareil dans son état actuel sont que la sortie de l’EMG ne peut être envoyée sans fil à un débit de données élevé comme cela peut surcharger le tampon microcontrôleur sans fil. Une autre limitation est que la technique utilise les indices ravisseur comme entrée, et comme le muscle est très faible, l’écartement des électrodes sur la main se chevauchent presque ; Si quelqu'un a particulièrement petites mains, il peut être impossible de placer les électrodes correctement sur ce muscle.
Le dispositif a plusieurs avantages sur les appareils plus coûteux lorsqu’il s’agit de la flexibilité dans les projets de recherche potentiels. Il est à faible coût : l’appareil coûte 80 USD et des canaux supplémentaires EMG ne coûtent que 35 USD, idéale pour les petits ou les projets d’étudiants. Il est facile de personnaliser le logiciel peut être facilement édité et les entrées modifiées pour autres matériels. Il a une petite taille, donc une personne portant ce n’est pas nécessaire de transporter l’équipement lourd ou encombrant. Il apparaît également comme un clavier sans fil à d’autres appareils, donc il peut être facilement intégré avec n’importe quel périphérique sans fil compatible. Le dispositif a déjà été incorporé dans un appareil fonctionnel qui sera publié dans un proche avenir.
En raison de la taille et la facilité de personnalisation du MK II, il est déjà envisagé pour l’incorporation de plusieurs projets de recherche comme un module sans fil d’EMG et comme un mécanisme de déclenchement sans fil. Il est également utilisé comme le fondement d’une des séances de laboratoire sur les parcours de l’élève maître. La principale amélioration, que nous tenons à apporter à l’appareil est d’augmenter le taux de transmission sans fil ; l’objectif est d’atteindre 10 Hz, et si cela se fera par le biais de matériel ou logiciel est encore à déterminer.
Les étapes plus critiques au sein du protocole sont étapes 2.6 et 2.7 : la sélection de la valeur seuil de déclenchement. À l’étape 2.6, une attention particulière doit d’être payé à la circulation des câbles EMG, que ceux-ci peuvent servir d’antenne et générer des artefacts de mouvement ; Toutefois, si elles ont été maintenues fixes ce n’est pas un problème. À l’étape 2.7, si la valeur sélectionnée est trop élevée, cela se traduit en faux négatifs. Si cette valeur est trop faible, cela se traduit dans les faux positifs. Dans le cas de l’abducteur indicis, il est très difficile de trouver une valeur qui ne débouche pas sur le faux-négatifs occasionnels, bien qu’avec gros muscles cela ne semble pas être un problème. Si trouver la valeur correcte est toujours un problème, le gain peut être corrigé en lui affectant la valeur minimale et de l’augmenter jusqu'à ce qu’une grande différence entre non-activation et est vu par le biais de l’affichage de la série, avec les valeurs restant au-dessous du point de saturation.
Dans l’ensemble, le MK II est une amélioration considérable sur le MK I comme un dispositif de recherche potentiels, bien que parce que le MK I a un fort impact visuel, il est susceptible d’être encore utilisés à l’avenir public engagement événements.
Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Le projet est financé par l’ingénierie et Physical Sciences Research Council EPSRC (EP/K503745/1), le National Institute for Health Research (NIHR) Biomedical Research Centre (BRC) (BRC272/HI/JG/101440) et l’UCL change makers.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| For the Mark I | |||
| Equipment | |||
| Laptop | Any laptop with USB | ||
| USB B cable | From laptop to USB-B connection on Arduino | ||
| Soldering Station | |||
| Solder | |||
| Hot glue gun | |||
| Hot glue gun glue | |||
| Items | |||
| Small Single-Core Multi-thread Wires | Black, Red, Yellow, Brown, Orange White, Blue, | ||
| Arduino MEGA 2560 | Arduino | Arduino MEGA 2560 | (Geniuno MEGA 2560 outside US) |
| E-Health Shield v2.0 | Cooking Hacks | e-Health Sensor Shield V2.0 for Arduino, Raspberry Pi and Intel Galileo [Biometric / Medical Applications] | |
| EMG cables | Cooking Hacks | Electromyography Sensor (EMG) for e-Health Platform [Biometric / Medical Applications] | |
| EMG Electrodes | Sparkfun | SEN-12969 | |
| 9V battery | Any | ||
| Power cable | PP3 9v connector with jack | ||
| Bluefruit EZ-KEY HID | Adafruit | 1535 | |
| strip board | Amazon.co.uk | Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3 | any similiar stripboard 2.54mm pitch 7x25 |
| push button switch | COM-00097 | ||
| slide switch | amazon.com | 20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm | |
| resistors | COM-11508 | ||
| Double sided Velcro | |||
| Break Away Headers - Straight | Sparkfun | PRT-00116 | 2, 2 and 5 needed |
| For the Mark II | |||
| Equipment | |||
| Laptop | Any laptop with USB connection | ||
| USB micro cable | From laptop to USB micro (standard phone connector style) | ||
| Soldering Station | Any | ||
| Solder | |||
| Items | |||
| Small Single-Core Multi-thread Wires | Black, Red, Green, White, Blue, | ||
| Feather BLE 32U4 | Adafruit | 2829 | |
| MyoWare | Sparkfun | SEN-13723 | |
| EMG cables | Sparkfun | CAB-12970 | |
| EMG electrodes | Sparkfun | SEN-12969 | |
| 3.7 V LiPo | Adafruit | 1317 | |
| Strip Board | amazon.co.uk | Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3 | 2.54 pitch 7x9 rows |
| Push Button switch | COM-00097 | ||
| slide switch | amazon.com | 20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm | |
| resistors | COM-11508 | ||
| 3D printed parts | Can be 3D printed yourself or printed from a website | ||
| Double sided Velcro | |||
| Break Away Headers - Straight | Sparkfun | PRT-00116 | 3 pins needed |
| Female Headers | sparkfun | PRT-00115 | 3 pins needed |
References
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