Summary
Un dispositivo fue creado para demostrar el control basado en la electromiografía a un público laico. Después del éxito del dispositivo inicial, un segundo dispositivo se hizo con una mayor flexibilidad en la funcionalidad para fines de investigación y demostración. Este protocolo describe el proceso de construcción y calibración de ambos dispositivos.
Abstract
En este manuscrito, presentamos dos sistemas de 'Bionic Clicker', el primero diseñado para demostrar la electromiografía (EMG) basado en sistemas de control para propósitos educativos y la segunda para fines de investigación. Control de sistemas de recogida de señales eléctricas generadas por activación muscular y utilizan como insumos para controladores basado en EMG. Controladores de EMG son ampliamente utilizados en prótesis para extremidades de control.
La marca I (MK I) clicker permite al usuario cambiar la diapositiva de una presentación levantando su dedo índice. Está construido alrededor de un microcontrolador y un bio-señales escudo. Había generado mucho interés tanto del público y la comunidad de investigación.
El dispositivo de la marca II (MK II) presentado aquí fue diseñado para ser un sistema más barato, más elegante y más personalizable que puede ser fácilmente modificado y transmite directamente los datos de EMG. Se construye utilizando un microcontrolador capaz inalámbrico y un sensor de músculo.
Introduction
El centro aspira para la ingeniería de rehabilitación y tecnología asistiva investiga técnicas que son aplicables y transferibles entre diferentes dominios relacionados con áreas de interés, incluyendo pero no limitado a, derrame cerebral, distrofia muscular, amputación, el envejecimiento de la población y formación de habilidades especializadas. Un área de investigación que el centro participa en es neuroprótesis. De las muchas técnicas que se utilizan para el control de armas neuroprosthetic, el EMG es una de las entradas más comunes para el control sistemas1,2,3,4,5,6. Esto es en gran parte debido a su facilidad de uso y precio asequible en comparación con otros sistemas de control7. Recientemente desarrollado prótesis 3D impreso como la mano de Ada puede costar sólo 1,000 USD al utilizar este tipo de control8,9,10. Sin embargo, al intentar demostrar estos sistemas al público hay ninguna manera fácil de hacerlo sin la ayuda de una persona amputada.
Para elevar la conciencia de las actividades de investigación en este campo a los miembros del público, se desarrolló un dispositivo de demo de bionic clicker. Es muy importante utilizar demostración basada en objetos, ya que atrae la atención y acelera el aprendizaje y la comprensión de la asignatura que imparte11. Nuestro dispositivo no sólo ayuda a enseñar el concepto de EMG sino también a aumentar el conocimiento del desarrollo actual de las tecnologías modernas. Por otra parte, inspira a las generaciones más jóvenes para elegir estudios dentro de las áreas de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM).
El Bionic MK Clicker fui hecho con piezas fácilmente disponibles que ya estaban en uso en el laboratorio. Consistió en un microcontrolador, un escudo de bio-señales12, electrodos, un tablero de control, un tablero de comunicación inalámbrica y una batería de 9 V. El dispositivo funcionó por recoger la actividad de lo indicis músculo situado entre el dedo índice y el pulgar. Desencadena un cambio de diapositiva mediante el mímico un teclado y una tecla' derecha' cada vez que se alcanzó un umbral pre-seleccion. El tablero de control permitió el envío manual de teclas oprimidas 'derecha' e 'izquierda' (progreso diapositivas y diapositivas de retiro) y también podría utilizarse para reemplazar la entrada de EMG si fueron mal las cosas durante una demostración en vivo.
Como parte de la física médica y actividades de participación pública de Departamento de ingeniería biomédica, demostramos al Clicker Bionic a los miembros del público. Recibió una respuesta entusiasta del público y generó interés en el inicio de varias colaboraciones. Después del éxito del dispositivo inicial se diseñó una segunda versión del dispositivo.
La meta para el diseño de la segunda unidad era producir un aparato que era más barato, menos engorroso y más personalizable que el primer dispositivo. El propósito de este dispositivo era diseñar algo que podría modificarse fácilmente para proyectos estudiantiles y barato incorporar en los proyectos existentes. La principal ventaja de este dispositivo sobre otros disponibles1,2,3,4,5,6 es su facilidad de uso, tamaño pequeño y bajo costo. Aunque los dispositivos biónicos clicker no tenga la resolución de otros dispositivos de la investigación, tales como dispositivos de disparo, son más que suficiente. El MK II sería una base ideal para cualquier sistema que utilice un umbral EMG para activar un dispositivo, como un controlador de prótesis o dispositivo de ayuda.
El diseño se basa en un microcontrolador compatible con wireless y un sensor de músculo. También incluyó un 3,7 V 150 mAh polímero de litio, un tablero de control manual y un caso impreso en 3D. La figura 3 muestra un resumen de las diferencias entre los diseños. El diseño del MK II tiene la misma funcionalidad básica que el dispositivo original pero tiene significativamente más funcionalidad potencial para nuevas aplicaciones como monitoreo inalámbrico de EMG.
Protocol
El protocolo sigue las directrices del Comité de ética de investigación de la University College London.
PRECAUCIÓN: Este protocolo contiene un peligro eléctrico y un peligro de quemaduras (soldador); Lea ambos antes de este protocolo. Este protocolo incluye la conexión de un dispositivo a la piel. Asegurar que en ningún momento existe un camino entre la red eléctrica de la piel y de la electricidad. Nunca toque el elemento de soldadura. Sostenga los alambres a calentar con unas pinzas o abrazaderas. Mantener la esponja de limpieza húmedos durante uso. Devuelva siempre el soldador en su soporte cuando no esté en uso. Nunca lo dejó en la mesa de trabajo. Apague la unidad y desenchúfela cuando no esté en uso.
1. ensamblar los componentes de Base
Nota: Figura 3 da una visión de alto nivel de los pasos del protocolo.
- Para construir el Bionic Clicker MK I, conecte el protector del sensor bio-señales en el microcontrolador y enrosque los cables de EMG en los terminales E, M y GND del escudo (ver figura 4). Continúe con el paso de la 1.6.
-
Para construir el MK II, coloque una fila de tres pernos de encabezado en el sensor de músculo en la +, - y SIG orificios (ver figura 5) de arriba y por debajo de la soldadura.
- Doblar las patas de la cabecera 90 ° con un par de plyers los pernos hasta la mitad. Esto coloca las clavijas en la posición correcta para el caso.
- Si utiliza lo indicis de músculo como la entrada, continúe con el paso 1.3, si no pasar a paso 1.4.
-
Retire el cable corto negro Referencia del sensor del músculo.
- Corte los tres cables de EMG con un cortador de alambre que van desde la muñeca hasta la parte posterior de la mano. Tira el final de los tres cables de EMG con un pelacables.
- Coloque el extremo pelado del cable negro en el agujero de R, el hilo azul en el agujero E y el cable rojo en el orificio M del sensor del músculo (figura 5). Soldar los cables en la parte inferior del sensor muscular. Moverse a paso 1.5.
-
Clip de dos electrodos en la parte inferior de los sensores musculares y un electrodo en el conector del cable negro de referencia.
- El sensor de músculo en el músculo seleccionado con los cojines del electrodo del palillo y colocar el electrodo de referencia de negro en un lugar apropiado.
-
Cortar 8 alambres de multi-thread de núcleo único y cada extremo de la tira: 5 corto (7 cm) cables para ejecutar desde el microcontrolador a la Junta de control (rojo, negro, verde, blanco y azul) y 3 más larga (aproximadamente 12 cm pero depende del tamaño de la muñeca) los cables (rojo, negro y verde) correr de un lado de la muñeca al otro.
Nota: Si coloca el sensor muscular en un músculo diferente Asegúrese que los cables más largos se ejecutarán desde el sitio de sensor muscular del sitio inalámbrico microcontrolador.- Lugar preparado para soldar los cables en el microcontrolador: agujero de 2 cables rojos en el 3V, 2 cables negros en el agujero de la tierra, el cable verde de largo en el orificio de A0, el cable azul corto en el hoyo 2, el cable blanco en el orificio 3 y el cable verde corto en el hoyo 5. Soldar los cables en la parte inferior del microcontrolador.
- Suelde el otro extremo de los cables de 3 a 3 tomas de encabezado en el orden: rojo, negro, verde. Vea la figura 5. Si no es utilizando el músculo abductor de indicis proceda al paso 2.
-
Coloque las almohadillas del sensor EMG en la mano, como se muestra en la figura 6, con dos de los electrodos en los extremos de lo indicis del músculo y una almohadilla de sensor de EMG en el centro de la parte posterior de la mano.
- Introduzca los electrodos en el extremo del conector de los cables del sensor del músculo (push fit). El clip de azul y rojo los electrodos sobre el músculo, los clips electrodo negro sobre el dorso de la mano.
2. prueba EMG salida
- Descargar la biblioteca para el escudo de bio-señales siguiendo el link14 de la sección de referencia. Descomprimirlo y colocarlo en la carpeta de bibliotecas de desarrollo integrado (IDE) (generalmente se encuentra en bibliotecas de documentos de Arduino). Continúe con el paso 2.3. Si construyendo el MK II, proceda al paso 2.2.
- Añadir los tableros de microcontrolador al IDE, siguiendo las instrucciones15.
- Descargar 'ThresholdTest.ino' para el MK I o 'BLEThresholdTest.ino' y 'BluefruitConfig.h' para el MK II y abierto en el software IDE (archivos suplementarios).
- Desconecte el ordenador portátil de la red y entonces y sólo entonces, enchufe el microcontrolador en el portátil mediante un cable de Bus serie Universal (USB).
- Subir la versión relevante de la prueba umbral al microcontrolador y luego abrir el serial monitor (Herramientas > Serial Monitor). Ahora se mostrará el resultado del EMG.
- Mueva el dedo índice de un lado a otro y mover la mano sin mover el dedo índice. Anote los valores en cada caso.
Nota: Cuando utiliza el MK II, asegúrese de los cables no mueven ya que es extremadamente sensible al ruido generado de esta manera. - Seleccione un valor que está por encima de lo que se ve cuando la mano se mueve alrededor, pero por debajo de lo que se ve cuando el dedo se mueve de lado a lado. Anote este valor.
Nota: El valor se selecciona para que el dispositivo sólo se activará por un movimiento útil del dedo. Este es el valor umbral de gatillo, el valor en el cual se activará el dispositivo. El sensor del músculo tiene un ajuste de ganancia que puede ser modificado manualmente si el valor umbral es difícil de encontrar. Los electrodos puede ser que necesite ser reemplazada. Si utiliza el músculo abductor de indicis, ajuste la ganancia al mínimo como punto de partida. El ajuste de ganancia se altera por el potenciómetro en el sensor de músculo marcado por ganancia, y esto puede cambiarse mediante un pequeño destornillador de cabeza plana.
3. test umbral
- Descargar 'BoomTest.ino' para el MK I o 'BLEBoomTest.ino' y BluefruitConfig.h para el MK II y abra el software de IDE.
- Editar el código proporcionado mediante la sustitución de 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' con el valor de disparo de umbral previamente determinado en el paso 2.8. Esta es la línea 37 del código para el MK I y línea 47 del código para el MK II.
- Subir la versión correcta de BoomTest al microcontrolador y luego abrir el serial monitor (Herramientas > Serial Monitor).
- Mover la mano alrededor (no mover el dedo índice de un lado a otro); nada se ve en la salida serial.
- Mueva el dedo índice de un lado a otro; aparece la palabra 'BOOM'.
Nota: Si el 'BOOM' parece en el momento equivocado o no, compruebe las conexiones y volver a paso 2.7.
4. 3D imprimir el caso MK II
- Si construyendo el MK II, descargar los archivos de stl para todos los 5 componentes de la caja (vea la figura 7 para todas las 5 partes). Imprimir las partes del caso por cualquier método. Continúe con el paso 5.2. Si construcción del MK I, pasemos a la sección 5.
Nota: El caso ha sido impreso con éxito por tanto deposición fundida modelado16 (FDM) y Fotolitografía impresoras17.
5. el Consejo Regulador de la soldadura
Nota: Si crear el MK II, continúe con el paso 5.2.
-
Coloque una fila de dos patillas de la cabecera, cinco 10 resistencias de KΩ, un conmutador y dos interruptores de botón para los componentes como se muestra en la figura 8A; luego soldarlos en el lugar en la parte inferior de la Junta.
- Romper las pistas de cobre de la Junta de tira por cortar con un cuchillo, siguiendo las líneas de gris en la figura 8A. Esto permite pistas individuales a múltiples funciones a través de la Junta.
- Cortar 7 cables (negro, rojo, azul, naranja, blanco, marrón y amarillo) de la longitud correcta con un cortador de alambre para que pasan desde el antebrazo al brazo superior (unos 30 cm). Cortar un alambre rojo de 7 cm, un cable negro de 3 cm y una naranja y un hilo azul de 4 cm.
- Tira de ambos extremos de los cables con un pelacables.
- Coloque los cables en el tablero de control, siguiendo el esquema del circuito que se muestra en la figura 9; soldar los cables en la parte inferior.
- Soldar los cables largo rojo y negro a un par de patillas de la cabecera y luego soldar los otros cables a una tira de pines de cabezal en el orden: azul, naranja, blanco, marrón y amarillo.
- Suelde el 5V y GND pernos del módulo inalámbrico a los pins de encabezado en el panel de control.
- Suelde el cable naranja corto al pin 2 del módulo de comunicación inalámbrica y el corta hilo azul a la clavija 3.
-
Lugar tres 10 KΩ resistencias, un conmutador y dos push botón interruptores como se muestra en la figura 10A y les de la soldadura en su lugar en la parte inferior del tablero.
- Romper las pistas de cobre de la Junta de tira por cortar con un cuchillo, siguiendo las líneas de gris en la figura 10A. Esto permite que la pista a tiene múltiples funciones en el tablero.
- Cortar los cables que fueron previamente soldados al microcontrolador con un cortador de alambre para que puede ejecutar a través de la capa media de la caja de microcontrolador para el tablero de control sin parar el caso de cierre (figura 10B).
- Coloque los cables en el tablero de control, siguiendo el esquema del circuito (figura 11). La soldadura de los cables. Proceda al paso 6.2.
6. montar el Clicker y actualizar microcontrolador
- Volver a montar el Clicker Bionic, conectar los conectores de encabezado del control tablero los cables para el microcontrolador y el escudo de bio-señales (5V y GND en el MK I, pin 22-30 en el MKII). Conecte la batería al microcontrolador. Vea la figura 12. Paso a paso 6.3.
- Volver a montar al Clicker Bionic, conecta el conector de cabecera desde el microcontrolador en el sensor de músculo (cable verde a SIG). Vea la figura 13.
- Conectar el microcontrolador a la laptop vía cable USB.
- Descargar 'BionicClicker.ino' o ' BLEBionicClicker.ino y BluefruitConfig.h y abrirlo con el software IDE.
- Editar el código y reemplace 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' con el valor de disparo de umbral determinado en el paso 2.7 (en la línea 59 del código para el MK I, línea 83 del código para el MK II).
Nota: El nombre que el dispositivo de MK II aparece como cuando se conecta por wireless puede cambiarse editando la línea 47 del código. Reemplace 'Bionic Clicker MK II' con un título alternativo. - Desconectar el microcontrolador desde el laptop quitando el cable USB.
7. Conecte el dispositivo a un ordenador
- Si con el MK I, siga las instrucciones para asociar el módulo inalámbrico en el dispositivo siguiendo guía18 el fabricante. Si usa el MK II, conecte al dispositivo de forma inalámbrica siguiendo el procedimiento para conectar un teclado inalámbrico para el equipo que se utiliza.
8. prueba el Clicker
-
Abra un software de mecanografía y escribir algún texto, como 'Lorem ipsum dolor sit amet'. Esto permite que las prensas a percibirse para probar si estos comandos son enviados y recibidos.
Nota: Si la batería está baja el dispositivo puede dar un comportamiento errático; siempre use una pila nueva.- Presione el botón de avance manual a ver que el cursor mueva hacia adelante y el manual del botón hacia atrás para ver que el cursor se mueva hacia atrás. Levantar el dedo índice también avanzar.
- Para probar al clicker con el software de presentación, levantar el dedo índice para avanzar las diapositivas.
Nota: El interruptor para anular la función de EMG enciende y apaga, y el manual hacia delante y hacia atrás botones de avance y retiro las diapositivas en ambos escenarios.
9. Monte el Clicker
Nota: Si el MK II del edificio hacia paso 9.2.
-
Si la construcción del MK I, corte el doble gancho y lazo material con las tijeras, para que se ajuste cómodamente alrededor de la muñeca. Asegúrese de que los lazos se hacia para no rayar la muñeca.
- Corte el gancho doble y lazo material para que se ajuste cómodamente en la parte superior del brazo, otra vez Asegúrese de que los bucles de cara hacia dentro.
- Corta las tiras de velcro de doble cara con el tamaño de la Junta de control (2,5 cm x 6,4 cm) y el microcontrolador (10 cm x 5 cm). Corte una tira que se ajuste bien alrededor de la batería (4 cm x 12 cm).
- Usando la pistola encoladora, pegar el lado del lazo de las tiras de la parte inferior del microcontrolador y la parte inferior de la tarjeta de control.
- Coloque el tablero de control para la correa de muñeca. Conectar el microcontrolador y la batería a la correa de la parte superior del brazo.
- Conecte todo: batería de 9 V la tapa en el microcontrolador con el conectador PP3. El escudo de microcontrolador y e-salud conectar a la tarjeta de control vía los alambres soldadas.
Nota: Lo de la MK está terminado.
-
Si construyendo el MK II, corte doble velcro material de 35 mm de ancho y largo suficiente para envolver alrededor de la muñeca (alrededor de 22 cm para muñecas más pequeñas).
- Deslice el gancho y el lazo material a través de los clips en la parte inferior de la caja. Asegúrese de que los lazos se hacia para no rayar la muñeca.
- Enchufe los cables soldados al microcontrolador que terminan en la cabecera de la mujer en las clavijas macho encabezado en el sensor de músculo y sujete los electrodos en los cables EMG presionándolos.
Nota: El MK II ya está terminado. Vea la figura 14.
Representative Results
El MK II es más asequible, adaptable y menos engorroso que el MK I dispositivo. Todo el que MK II cuesta sólo un poco más que el escudo de bio-señales solo (75 USD). El dispositivo es significativamente más pequeño sentado en la muñeca en vez del brazo y el microcontrolador inalámbrico podrían soportar potencialmente simultáneamente entradas de 6 sensores de músculo. La duración de la batería funcional del MK dispositivo está a menos de una hora utilizando un 9 V 550 mAh batería y duración de la batería funcional del dispositivo de MK II (cuando se utiliza como un clicker) es alrededor de 8 horas con una batería de mAh 3,7 V 150; Vea la tabla 1 para una comparación de los dispositivos.
El Bionic Clicker MK II puede tener un problema en el abductor indicis: el amplificador puede saturar y tomar más de un segundo a la descarga (ver figura 15). Cuidadosa colocación de los electrodos y ajustar correctamente la ganancia puede resolver este problema. Esto no sucede con el Bionic Clicker MK I o en cualquier otro de uso general los músculos para EMG.
Mientras que la calibración de los dispositivos para encontrar el umbral de disparo, se observan muchos valores diferentes. Se dividen en tres gamas: los valores cuando la mano está parada, los valores cuando la mano está en movimiento y los valores al mover el dedo. La tabla 2 muestra los valores registrados en cada intervalo; para la papelería y mano mover rangos, se muestran los valores máximos y para el dedo tensa gama se muestra el valor mínimo. Se selecciona el valor de umbral para mentir sobre la mano moviendo el valor y debajo el dedo tensing valor. Un valor a la mano gama móvil aumenta la probabilidad de falso positivo y reduce la posibilidad de falsos negativos, mientras que un valor más cercano al dedo tensa gama tiene el efecto contrario.
Ambos dispositivos donde prueba de falsos negativos y falsos positivos cuando se tensa el músculo abductor de índices. Un resultado falso negativo se registró cuando el aparato desencadenar un cambio de diapositiva al tensado del músculo y un falso positivo se registró si la diapositiva cambia cuando no hay tensión. Ni aparato tuvo un problema con falsos positivos, aunque el dispositivo MK II experimentó el falso negativo ocasional (menos de 5% del tiempo). El MK I dispositivo no experiencias falsos positivos o negativos durante los primeros 45 minutos de operación, aunque el número de falsos negativos aumenta rápidamente hasta el fallo total entre 50 minutos y una hora (ver tabla 3).
Estos resultados demuestran que el dispositivo tuvo éxito en sus objetivos. La tabla 1 muestra que el MK II es más barato y tiene más flexibilidad que el MK I. tabla 2 y tabla 3 mostrar que las funciones del dispositivo como la intención y pueden ser utilizadas como un dispositivo de activación basada en EMG. La figura 15 muestra los problemas que pueden ocurrir si se utiliza el músculo abductor de índices: este no es un problema que ocurre con la mayoría de los músculos y puede solucionarse modificando la ganancia. Aunque los dispositivos que tienen problemas, son suficientes para el uso previsto.
Figura 1: El Bionic Clicker MK I. Esto demuestra al Clicker Bionic MK I y todos sus componentes montados en el brazo izquierdo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Diagrama de bloque de los dispositivos de. Cada caja representa una sección independiente del dispositivo; dentro de cada cuadro es la funcionalidad que sección tiene como parte del dispositivo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Pasos para construir el dispositivo. Un diagrama de flujo que contiene un resumen de alto nivel de cada paso del protocolo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Inicial MK I conjunto. Microcontrolador con los cables de electrodo y escudo de bio-señales. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Asamblea inicial MK II. Microcontrolador con el sensor de músculo y conexiones soldadas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 : Colocación del electrodo. Esta figura muestra la colocación correcta de los electrodos en la mano cuando se utiliza el indicis de abductor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7 : Caso piezas de la MK II. Las piezas de la caja del MK II lista para imprimir en una impresora de fotolitografía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8 : MK el circuito de control. (una) placa de circuito desde arriba (marcas gris donde la Junta de tira tenía contactos rotos en la parte inferior). (b) completa el circuito. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9 : El MK control Diagrama del circuito del tablero. El diagrama del circuito para el MK tarjeta mostrando las conexiones entre las resistencias, interruptores y cables de control. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10 : MK el circuito de control. (un) tablero de Control desde arriba (marca gris donde la Junta de tira tenía contacto roto en la parte inferior). (b) circuito completado haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 11: Diagrama del circuito del tablero el MK II control. El diagrama del circuito para el MK tarjeta mostrando las conexiones entre las resistencias, interruptores y cables de control. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 12 : El ensamblado MK i Esto muestra todos los componentes del MK I dispositivo antes de que se han montado en el brazo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 13 : Montar el Clicker MK II. (un) lugar del microcontrolador en la parte inferior de la caja. (b) Coloque la batería en la sección media y ponga la tapa. (c) colocar el sensor de músculo en su caso y ponga la tapa. (d) conectar el microcontrolador al sensor muscular y conecte la batería al microcontrolador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 14 : El Bionic terminado Clicker MK II. (a) de la correa de gancho y bucle. (b) en la muñeca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 15: Sobresaturación del sensor muscular. Esta cifra muestra lo que ocurre cuando el sensor de músculo es sobresaturado; las mesetas son cuando era demasiado fuerte para el ajuste de ganancia actual en el dispositivo de activación muscular. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| MK I | MK II | |
| Sensor de EMG | General Bio-sensor | Sensor dedicado del músculo |
| Wireless | Módulo inalámbrico independiente | En el tablero del microcontrolador |
| ¿EMG sobre wireless? | No | Sí |
| Batería | 9 V PP3 | 150 mAh LiPo |
| Tiempo de operación | 1 h | 8 h |
| Tiempo | 5 h | 4 h |
| Costo total | $150 | $80 |
| Falsos positivos (%) | 0 | 0 |
| Falsos negativos (%) | 0 | 4.7 |
Tabla 1: comparación de los dispositivos. Esta tabla compara varios aspectos de los dispositivos, desde el diseño a la funcionalidad.
| Estacionario (máximo) | Móviles de mano (máximo) | Tensing dedo (mínimo) | Valor de umbral | |
| MK I | 25 | 35 | 215 | 200 |
| MK II | 40 | 280 | 460 | 400 |
Tabla 2: resultados de la calibración. Esta tabla muestra los valores obtenidos manteniendo la mano inmóvil, moviendo la mano y dedo tensado, así como el valor del umbral seleccionado.
| Número de falsos negativos (probado cada 30 s) | Número de falsos positivos (activaciones espontáneas) | ||||
| Primera 45 min. | 45 min - 1 h | 1-8 h | Primera h | 1-8 h | |
| MK I | 0 | 35 | N / A | 0 | N / A |
| MK II | 4 | 1 | 40 | 0 | 0 |
Tabla 3: pruebas de los dispositivos. Comparación de los falsos positivos y falsos negativos entre los dos dispositivos.
Código suplementario archivos de MK I y MK II:
Haga clic aquí para descargar "BionicClicker.ino"
Haga clic aquí para descargar "BLEBionicClicker.ino".
Haga clic aquí para descargar "BLEBoomTest.ino".
Haga clic aquí para descargar "BLEThresholdTest.ino".
Haga clic aquí para descargar "BoomTest.ino".
Haga clic aquí para descargar "ThresholdTest.ino".
Haga clic aquí para descargar "Pluma-Featherbase.stl".
Haga clic aquí para descargar "Pluma-Feathermid.stl".
Haga clic aquí para descargar "Pluma-Feathertop.stl".
Haga clic aquí para descargar "Myo-Myobase.stl".
Haga clic aquí para descargar "Myo-Myolid.stl".
Discussion
La saturación de la MK II cuando se utilizan en los indicis abductor es menos de un problema que puede aparecer. Cuidadosa colocación de los electrodos y correcto ganancia ajuste deja de ser un problema cuando el dispositivo se utiliza como un clicker. A menos que el interesado en registrar con precisión la actividad de los índices de abductor, esto es poco probable que sea un problema en absoluto. Sobresaturación no se ha visto en cualquier otro músculo, después de establecer la ganancia. Los falsos negativos con el MK II son debido a la dificultad de seleccionar el valor apropiado al usar los indicis de abductor. Con músculos más grandes la diferencia entre la magnitud de la activación del músculo no útil y útil tensado del músculo es mayor, lo que permite la selección de un punto umbral que está más lejos de los falsos positivos y falsos negativos puntos. En las manos particularmente pequeñas lo indicis del músculo puede ser demasiado pequeño para los electrodos a colocarse correctamente (aunque con electrodos más pequeños esto potencialmente podría ser resuelto).
Duración de la batería considerablemente más larga para el MK II es útil para una variedad de razones. En primer lugar, el MK I dispositivo comenzó a actuar erráticamente después de 45 minutos de uso, por lo que no se puede utilizar para más demostraciones. En segundo lugar con duración de varias horas, el MK II se puede considerar como un entrada para un dispositivo útil de control, y con sólo un pequeño aumento en el tamaño físico de la batería, podría ser utilizado como un dispositivo de vigilancia durante todo el día. El microcontrolador sin hilos tiene 6 entradas analógicas y entradas digitales 13; Esto significa que el dispositivo puede aceptar señales de múltiples sensores de músculo para crear un dispositivo con más grados de libertad en las entradas de control. Cabe señalar que el sensor del músculo podría ser reemplazado por cualquier biosensor con una salida analógica para crear un dispositivo que utiliza otras señales biológicas como la entrada. El código del aparato puede modificarse fácilmente para cambiar su funcionalidad. Cambios en el software y el hardware del dispositivo permiten simple y variadas modificaciones al dispositivo.
Una limitación del dispositivo actual es que la salida de EMG no se pueden enviar inalámbricamente a una alta velocidad de datos esto puede sobrecargar el búfer de microcontrolador inalámbrico. Otra limitación es que la técnica utiliza los índices de abductor como entrada, y como el músculo es muy pequeño, el espaciado de los electrodos en la mano casi se superponen; Si alguien tiene las manos especialmente pequeñas, puede ser imposible colocar los electrodos correctamente sobre este músculo.
El dispositivo tiene varias ventajas sobre los dispositivos más costosos cuando se trata de flexibilidad posibles proyectos de investigación. Es bajo costo: el aparato cuesta 80 USD y otros canales de EMG sólo cuestan 35 USD, lo que es ideal para pequeñas o proyectos de los estudiantes. Es fácil de personalizar el software puede ser fácilmente editado y cambiaron las entradas de otro hardware. Tiene un tamaño pequeño, por lo que una persona que lo usa no es necesario llevar equipos pesados o voluminosos. También aparece como un teclado inalámbrico con otros dispositivos, por lo que se puede integrar fácilmente con cualquier dispositivo inalámbrico compatible. El dispositivo ya se ha incorporado en un dispositivo de asistencia que se publicará en el futuro cercano.
Debido al tamaño y facilidad de personalización de la MK II, ya se está considerando para su incorporación a diversos proyectos de investigación como un módulo inalámbrico de EMG y como un mecanismo de disparo inalámbrico. También se utiliza como fundamento de una de las sesiones de laboratorio en el curso del estudiante maestro. La mejora principal que nos gustaría realizar en el dispositivo es para aumentar la velocidad de transmisión inalámbrica; el objetivo es lograr 10 Hz, y si esto se hará a través de hardware o software debe todavía ser determinado.
Los pasos más críticos dentro del protocolo son pasos 2.6 y 2.7: la selección del valor umbral de gatillo. En el paso 2.6, especial atención debe prestarse al movimiento de los cables de la EMG, ya que pueden actuar como antena y generar artefactos de movimiento; sin embargo, si estos se mantienen fijos esto no es un problema. En el paso 2.7, si el valor seleccionado es demasiado alto, esto produce falsos negativos. Si este valor es demasiado bajo, esto resulta en falsos positivos. En el caso de los indicis del abductor, es muy difícil encontrar un valor que no lleva a la ocasional falso negativo, aunque con los músculos más grandes esto no parece ser un problema. Si encontrar el valor correcto es todavía un problema, se puede corregir la ganancia estableciendo el valor mínimo y aumentando hasta que una gran diferencia entre activación y activación no es vista a través de la lectura de la serie, con los valores está por debajo del punto de saturación.
En general el MK II es una mejora considerable sobre el MK como un dispositivo de investigación posibles, aunque porque el MK I tiene un fuerte impacto visual, es probable que todavía utiliza eventos de participación pública en el futuro.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
El proyecto es financiado por la ingeniería y ciencias físicas investigación Consejo EPSRC (EP/K503745/1), Instituto Nacional de investigación de la salud (NIHR) centro de investigación biomédica (BRC) (BRC272/HI/JG/101440) y UCL cambiar los fabricantes.
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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