Summary
وكان إنشاء جهاز لإظهار التحكم الكهربائي المستندة إلى جمهور العلمانيين. بعد نجاح الجهاز الأولية، قدم جهاز ثاني مع قدر أكبر من المرونة في الأداء الوظيفي لأغراض البحوث ومظاهره. ويصف هذا البروتوكول عملية بناء ومعايرة الأجهزة على حد سواء.
Abstract
في هذه المخطوطة، نقدم نظامان '"بيونيك الفرس"'، الأولى تهدف إلى إظهار الكهربائي (EMG) على أساس نظم المراقبة للأغراض التعليمية، والثانية لأغراض البحث. فريق الإدارة البيئية القائمة على مراقبة أنظمة التقاط الإشارات الكهربائية التي تم إنشاؤها بواسطة تنشيط العضلات واستخدام هذه كمدخلات لوحدات التحكم. وحدات التحكم بفريق الإدارة البيئية تستخدم على نطاق واسع في الأطراف الاصطناعية لمراقبة أطرافه.
العلامة أنا (MK أنا) الفرس يسمح حينها تغيير الشريحة في العرض التقديمي عن طريق رفع السبابة بهم. أنه يتمحور حول بيو-إشارات ومتحكم الدرع. أنها ولدت الكثير من الاهتمام من الجمهور والأوساط البحثية.
الجهاز مارك الثاني (MK II) المقدمة هنا قد صمم ليكون نظاما أرخص وأكثر أناقة وأكثر للتخصيص التي يمكن تعديلها بسهولة ومباشرة إرسال البيانات بفريق الإدارة البيئية. أنها بنيت باستخدام متحكم قادرة على لاسلكية، وجهاز استشعار العضلات.
Introduction
ويحقق "المركز يطمح" لهندسة إعادة التأهيل والتقنيات التقنيات المطبقة وقابلة للتحويل بين المجالات المختلفة في المجالات ذات الصلة للاهتمام، بما في ذلك سبيل المثال لا الحصر، السكتة الدماغية، ضمور العضلات، البتر، وشيخوخة السكان والتدريب للمهارات المتخصصة. أحد مجالات البحوث التي تشارك المركز في نيوروبروسثيسيس. العديد من التقنيات المستخدمة للسيطرة على الأسلحة نيوروبروسثيتيك، فريق الإدارة البيئية أحد المدخلات الأكثر شيوعاً لنظم التحكم1،3،2،4،،من56. وهذا في جزء كبير بسبب السهولة الاستخدام والقدرة على تحمل التكاليف بالمقارنة مع أنظمة التحكم الأخرى7. وضعت مؤخرا طباعة 3D الأجهزة التعويضية مثل اليد أدا يمكن أن يكلف 1000 دولار أمريكي فقط عند استخدام هذا النوع من المراقبة8،،من910. ومع ذلك، عند محاولة لإثبات مثل هذه النظم للجمهور هناك لا توجد طريقة سهلة للقيام بذلك دون المساعدة من مبتوري الأطراف.
لزيادة الوعي بأنشطة البحوث في هذا المجال لأفراد الجمهور، وضعت جهاز تجريبي الفرس بيونيك. من المهم جداً لاستخدام الكائن مقرها المظاهرة كما أنه يجذب الانتباه ويسرع بالتعلم والفهم لهذا الموضوع يجري تدريسها11. لدينا جهاز لا يساعد فقط تعليم مفهوم فريق الإدارة البيئية ولكن أيضا لزيادة المعرفة بالتطور الحالي للتكنولوجيات الحديثة. وعلاوة على ذلك، وهي تلهم الأجيال الشابة لاختيار الدراسات في مجالات العلوم والتكنولوجيا، والهندسة والرياضيات (الجذعية).
MK الفرس بيونيك تم باستخدام أجزاء متاحة بالفعل في استخدامها داخل المختبر. تألفت من متحكم و درع البيولوجي-إشارات12، أقطاب، لوحة تحكم، لوحة اتصالات لاسلكية وبطارية الخامس 9. الجهاز يعمل عن طريق التقاط نشاط عضلة إينديسيس مبعدة الواقعة بين السبابة والإبهام. فإنه بتشغيل تغيير شريحة بمحاكاة لوحة مفاتيح وإرسال ضغطه مفتاح 'حق' كلما تم التوصل إلى عتبة المختارة. مجلس المراقبة يسمح لإرسال دليل keypresses 'اليمين' و 'اليسار' (الشرائح التقدم والتراجع شرائح)، ويمكن أيضا استخدامها لتجاوز فريق الإدارة البيئية بالإدخال إذا سارت الأمور على خطأ أثناء مظاهرة حية.
كجزء من "الفيزياء الطبية" والهندسة الطبية الحيوية إدارة أنشطة المشاركة العامة، أثبتنا "الفرس بيونيك" لأفراد الجمهور. أنه تلقي استجابة قوية من الجمهور وأثارت الاهتمام في بدء تعاون عدة. بعد نجاح الجهاز الأولى تم تصميم نسخة ثانية من الجهاز.
وكان الهدف بالنسبة لتصميم الجهاز الثاني لإنتاج جهاز الذي كان أقل تكلفة وأقل تعقيداً وأكثر للتخصيص من الجهاز الأول. وكان الغرض من هذا الجهاز لتصميم شيء التي يمكن تعديلها بسهولة لمشاريع الطلاب وستدمج ثمن بخس في المشاريع القائمة. والميزة الرئيسية لهذا الجهاز على الآخرين المتاحة1،2،3،4،،من56 هو السهولة استخدام، وصغر حجمها، ومنخفضة التكلفة. على الرغم من أن الأجهزة الفرس بيونيك قد لا يكون القرار لأجهزة البحث الأخرى، مثل المشغل، وهم أكثر من جيدة بما فيه الكفاية. عضو الكنيست الثاني سيكون أساس مثالي لأي نظام يستخدم حد فريق الإدارة البيئية لتحريك جهاز، مثل وحدة تحكم الأطراف الاصطناعية أو الأجهزة المساعدة.
واستند التصميم حول متحكم قادرة على لاسلكي وجهاز استشعار العضلات. وشملت أيضا 3.7 V 150 ماه بطارية ليثيوم بوليمر بطارية ولوحة تحكم يدوي وحالة طباعة 3D. ويبين الشكل 3 لمحة عامة عن الفروق بين التصاميم. تصميم عضو الكنيست الثاني نفس الوظائف الأساسية كالجهاز الأصلي ولكن إلى حد كبير المزيد من الوظائف المحتملة للتطبيقات الجديدة مثل اللاسلكية رصد فريق الإدارة البيئية.
Protocol
البروتوكول يتبع المبادئ التوجيهية التي وضعتها لجنة أخلاقيات البحوث البشرية "جامعة كلية لندن".
تنبيه: يتضمن هذا البروتوكول مخاطر كهربائية وخطرا على حرق (لحام الحديد)؛ قراءة سواء قبل محاولة هذا البروتوكول. ويشمل هذا البروتوكول توصيل جهاز للجلد. التأكد من أن هناك في أي وقت من الأوقات مسار بين أنابيب الجلد والكهرباء. لا تلمس العنصر للحام الحديد. عقد الأسلاك تكون ساخنة مع ملاقط أو المشابك. الاحتفاظ اسفنجة التنظيف الرطب أثناء الاستخدام. دوماً بإرجاع لحام الحديد بموقفها عندما لا تكون قيد الاستعمال. ابدأ وضعها على طاولة العمل. قم بإيقاف تشغيل وحدة وافصل فإنه عندما لا تكون قيد الاستعمال.
1-تجميع مكونات قاعدة
ملاحظة: الرقم 3 يعطي نظرة عامة عالية المستوى حول الخطوات البروتوكول.
- بناء MK الفرس بيونيك الأول، قم بتوصيل الدرع الاستشعار الحيوي-إشارات متحكم دقيق والمسمار الكابلات فريق الإدارة البيئية في المحطات المسمار ه، م و GND للدرع (انظر الشكل 4). الاستمرار في الخطوة 1، 6.
-
بناء عضو الكنيست الثاني، وضع صف من ثلاثة رأس دبابيس في استشعار العضلات في +،-وسيج الثقوب (انظر الشكل 5) من أعلى، وجندي تحت.
- ثني الدبابيس رأس 90 ° مع زوج من plyers في منتصف الطريق حتى المسامير. وهذا يضع الدبابيس في الموضع الصحيح للقضية.
- إذا كان استخدام العضلات إينديسيس الخاطف كالمدخل، الاستمرار في الخطوة 1، 3، لم يكن الانتقال إلى الخطوة 1، 4.
-
قم بإزالة كبل إشارة سوداء قصيرة من أجهزة الاستشعار والعضلات.
- قطع الكابلات فريق الإدارة البيئية الثلاثة مع قطع أسلاك ليتم تشغيلها من الرسغ إلى الجزء الخلفي يده. قطاع نهاية الكابلات فريق الإدارة البيئية الثلاثة مع سلك متجرد.
- ضع نهاية جردت من السلك الأسود في حفرة R والسلك الأزرق في حفرة ه والسلك الأحمر في حفرة م المجس العضلات (الشكل 5). لحام الأسلاك في المكان على الجزء السفلي من جهاز استشعار العضلات. الانتقال إلى الخطوة 1.5.
-
مقطع رفائد اثنين في الجانب السفلي من أجهزة الاستشعار العضلات وقطب واحد في فتحه توصيل كبل إشارة سوداء.
- عصا الاستشعار العضلات على العضلات المحددة مع رفائد ومسرى إشارة سوداء في مكان مناسب.
-
قطع أسلاك متعدد الصفحات واحدة أساسية 8 على طول وتجريد كل نهاية: 5 قصيرة الأسلاك (7 سم) ليتم تشغيلها من متحكم دقيق لمجلس المراقبة (الأحمر والأسود، والأخضر، والأبيض والأزرق) و 3 أطول (حوالي 12 سم ولكن يعتمد على حجم المعصم) الأسلاك (الأحمر والأسود والأخضر) إلى تشغيل من جانب واحد من الرسغ إلى أخرى.
ملاحظة: إذا وضع جهاز استشعار العضلات على العضلات مختلف تأكد من أن أسلاك أطول سيتم تشغيلها من موقع استشعار العضلات إلى موقع متحكم اللاسلكية.- وضع الأسلاك إلى متحكم دقيق جاهزة للحام: أسلاك أحمر 2 إلى 3V هول، الأسلاك السوداء 2 في حفرة GND، السلك الأخضر منذ فترة طويلة في حفرة A0، السلك الأزرق القصير في حفرة 2، والأسلاك الطويلة البيضاء في الحفرة 3 ، والسلك الأخضر القصير في حفرة 5. لحام الأسلاك في مكان على الجانب السفلي من متحكم دقيق.
- لحام الطرف الآخر من الأسلاك الطويلة 3 إلى 3 مأخذ رأس بالترتيب: أحمر، أسود، أخضر. انظر الشكل 5. إذا لم يكن استخدام عضلة إينديسيس مبعدة المتابعة إلى الخطوة 2.
-
وضع منصات الاستشعار فريق الإدارة البيئية من ناحية، كما هو موضح في الشكل 6، مع اثنين من أقطاب كهربائية على حد سواء للعضلات إينديسيس الخاطف وواحد لوح استشعار فريق الإدارة البيئية في منتصف الجزء الخلفي يده.
- مقطع في رفائد إلى نهاية موصل كابلات استشعار العضلات (دفع تناسب). مقطع أقطاب زرقاء وحمراء فوق العضلات، مقاطع القطب الأسود في الجزء الخلفي يده.
2-اختبار فريق الإخراج
- تحميل المكتبة للدرع البيولوجي-إشارات بعد ارتباط14 من المقطع مرجع. فك ضغط الملف ووضعه في المجلد مكتبات التطوير المتكاملة (IDE) (عادة ما موجود في الوثائق/اردوينو/المكتبات). المتابعة إلى الخطوة 2، 3. إذا كان بناء عضو الكنيست الثاني، انتقل إلى الخطوة 2، 2.
- إضافة إلى المجالس متحكم IDE، اتباع الإرشادات15.
- تحميل 'ThresholdTest.ino' لعضو الكنيست أنا أو 'BLEThresholdTest.ino' و 'BluefruitConfig.h' لعضو الكنيست الثاني وفتح في البرنامج بيئة تطوير متكاملة (ملفات تكميلية).
- قم بإلغاء توصيل جهاز الكمبيوتر المحمول من التيار الكهربائي وبعد ذلك، وعندئذ فقط، متحكم توصيل الكمبيوتر المحمول عن طريق كابل ناقل تسلسلي عالمي (USB).
- تحميل النسخة ذات الصلة لاختبار العتبة إلى متحكم دقيق ثم قم بفتح جهاز تسلسلي (أدوات > جهاز تسلسلي). سيتم الآن عرض الإخراج من فريق الإدارة البيئية.
- تحريك السبابة من جنبا إلى جنب، والتحرك اليد دون تحريك السبابة. قم بتدوين القيم المعروضة في كل حالة على حدة.
ملاحظة: عند استخدام عضو الكنيست الثاني تأكد من أن الكابلات لا تتحرك كما أنها حساسة للغاية للضوضاء التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة. - حدد قيمة أعلاه ما يعتبر عند اليد يتم نقل جميع أنحاء، ولكن أقل ما يعتبر عند تحريك الإصبع من جنبا إلى جنب. قم بتدوين هذه القيمة.
ملاحظة: يتم تحديد القيمة حيث أنه سيتم فقط تنشيط الجهاز بحركة هادفة للاصبع. هذا هو "قيمة العتبة الزناد"، القيمة التي سيتم تنشيط الجهاز. جهاز استشعار العضلات لديه إعداد الربح الذي يمكن تغييره يدوياً إذا كانت قيمة العتبة من الصعب العثور. قد تحتاج الأقطاب لتحل محلها. إذا كان استخدام عضلة إينديسيس مبعدة، تعيين الكسب الحد الأدنى كنقطة انطلاق. يتم تبديل الإعداد الكسب بالجهد على استشعار العضلات تميزت بتحقيق مكاسب، وهذا يمكن تغيير بواسطة مفك مسامير مسطحة رئيس.
3-اختبار العتبة
- تحميل 'BoomTest.ino' لعضو الكنيست الأول أو 'BLEBoomTest.ino' و BluefruitConfig.h لعضو الكنيست الثاني وفتحه في برنامج IDE.
- تحرير التعليمات البرمجية المتوفر بالاستعاضة عن 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' مع "قيمة العتبة الزناد" سبق أن قرر في خطوة 2.8. هذا خط 37 من التعليمات البرمجية لعضو الكنيست الأول والسطر 47 من التعليمة البرمجية لعضو الكنيست الثاني.
- تحميل الإصدار الصحيح من بومتيست إلى متحكم دقيق ثم قم بفتح جهاز تسلسلي (أدوات > جهاز تسلسلي).
- تحريك اليد حول (عدم تحريك السبابة من جنبا إلى جنب)؛ ويعتبر أي شيء على إخراج المسلسل.
- تحريك السبابة من جانب إلى آخر؛ تظهر كلمة 'الازدهار'.
ملاحظة: إذا كان 'بوم' يظهر في الوقت غير صحيح أو لا تعمل على الإطلاق، تحقق من الاتصالات والانتقال للخلف إلى الخطوة 2.7.
4-3D طباعة القضية عضو الكنيست الثاني
- إذا كان بناء عضو الكنيست الثاني، تحميل ملفات stl لجميع عناصر القضية 5 (انظر الشكل 7 لكل 5 أجزاء). طباعة الأجزاء من القضية بأي طريقة المفضل. انتقل إلى الخطوة 5، 2. إذا كان بناء عضو الكنيست، انتقل إلى القسم 5.
ملاحظة: القضية قد تم بنجاح طباعتها من قبل كلا ترسب تنصهر نمذجة16 (FDM) و الطابعات الطباعة التصويرية17.
5-لحام مجلس المراقبة
ملاحظة: إذا كان بناء عضو الكنيست الثاني، تابع إلى الخطوة 5، 2.
-
ضع صف اثنين رأس دبابيس، 10 خمسة KΩ المقاومات، تبديل منزلقة وهما زر التبديل للعناصر كما هو موضح في الشكل 8أ؛ ثم جندي منهم في مكان على الجانب السفلي المجلس.
- كسر القضبان النحاس في مجلس قطاع بتقطيع عن طريق بسكين الحرف، بعد الخطوط الرمادية في الشكل 8أ. وهذا يسمح للمسارات الفردية يكون لها وظائف متعددة عبر المجلس.
- قطع أسلاك 7 (الأسود والأحمر، الأزرق، البرتقالي، الأبيض، البنى والأصفر) من طول الصحيح مع قطع أسلاك حيث أنه سيتم تشغيلها من الساعد إلى العضد (حوالي 30 سم). قطع أسلاك حمراء 7 سم، سلك أسود 3 سم وبرتقال وسلك أزرق 4 سم.
- قطاع طرفي الأسلاك مع سلك متجرد.
- وضع الأسلاك في مجلس المراقبة، بعد مخطط الدائرة المبينة في الشكل 9؛ لحام الأسلاك في مكان على الجانب السفلي.
- اللحيم الأسلاك الأحمر والأسود الطويل إلى زوج من دبابيس رأس ومن ثم اللحيم الأسلاك الطويلة الأخرى لقطاع من دبابيس رأس في النظام: الأزرق، البرتقالي، الأبيض، البنى، الأصفر.
- جندي 5V ودبابيس GND اللاسلكية للوحدة النمطية لرأس السنون الموجودة على لوحة التحكم.
- لحام السلك البرتقالي قصيرة إلى رقم pin 2 وحدة الاتصالات اللاسلكية والسلك الأزرق قصيرة إلى الرقم 3.
-
مكان 10 ثلاثة مقاومات KΩ وتبديل منزلقة ودفع اثنين زر التبديل كما هو موضح في الشكل 10ألف وجندي منهم في مكانة في الجانب السفلي المجلس.
- كسر القضبان النحاس في مجلس قطاع بتقطيع عن طريق بسكين الحرف، بعد الخطوط الرمادية في الشكل 10A. يسمح هذا المسار بوظائف متعددة في المجلس.
- قطع الأسلاك التي كانت سابقا ملحوم متحكم دقيق مع قطع أسلاك حتى أنه يمكن تشغيلها من خلال طبقة منتصف القضية متحكم إلى مجلس المراقبة دون إيقاف القضية من إغلاق (الشكل 10ب).
- وضع الأسلاك في مجلس المراقبة، بعد الرسم التخطيطي للدائرة (الشكل 11). لحام الأسلاك في المكان. انتقل إلى الخطوة 6، 2.
6-تجميع الفرس وتحديث متحكم
- إعادة تجميع "الفرس بيونيك" وتوصيل الموصلات رأس من السيطرة على المجلس الأسلاك إلى متحكم دقيق والدرع البيولوجي-إشارات (5V و GND على عضو الكنيست الأول، دبوس 22-30 على MKII). قم بتوصيل البطارية متحكم دقيق. انظر الشكل 12. الانتقال إلى الخطوة 6.3.
- إعادة تجميع "الفرس بيونيك"، توصيل موصل رأس من متحكم دقيق لاستشعار العضلات (سلك الخضراء إلى SIG). انظر الشكل 13.
- قم بتوصيل متحكم دقيق للكمبيوتر المحمول عن طريق كابل الناقل التسلسلي العام.
- تحميل 'BionicClicker.ino' أو ' BLEBionicClicker.ino و BluefruitConfig.h وافتحه في برنامج IDE.
- تحرير التعليمات البرمجية واستبدال 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' مع "القيمة الحدية العتبة" المحددة في الخطوة 2.7 (على خط 59 من التعليمات البرمجية لعضو الكنيست الأول، خط 83 القانون لعضو الكنيست الثاني).
ملاحظة: يمكن تغيير الاسم الذي يظهر الجهاز عضو الكنيست الثاني كعند الاتصال عبر الشبكات اللاسلكية عن طريق تحرير سطر 47 من القانون. استبدال 'بيونيك الفرس عضو الكنيست الثاني' مع عنوان بديل. - قطع متحكم دقيق من الكمبيوتر المحمول بإزالة كبل USB.
7. قم بتوصيل الجهاز بالكمبيوتر
- إذا كان استخدام عضو الكنيست الأول، اتبع الإرشادات للزوج وحدة لاسلكية للجهاز باتباع دليل الشركة المصنعة18. في حالة استخدام MK II، الاتصال بالجهاز لاسلكياً بعد الإجراء لتوصيل لوحة مفاتيح لاسلكية إلى الكمبيوتر قيد الاستخدام.
8-اختبار الفرس
-
فتح بعض البرامج الطباعة على الإله الكاتبة، وأدخل بعض النص، مثل 'أبجد هوز حطي كلمن سعفص'. وهذا ما يسمح المطابع أن ينظر لاختبار ما إذا كانت هذه الأوامر يتم إرسالها وتلقيها.
ملاحظة: إذا كانت البطارية منخفضة قد تعطي الجهاز سلوك خاطئ؛ دائماً استخدم بطارية جديدة.- اضغط على الزر الأمام اليدوي لرؤية المؤشر في التحرك إلى الأمام، والدليل إلى الوراء الزر لمشاهدة رأس المؤشر تحريك إلى الوراء. رفع السبابة أيضا التحرك إلى الأمام.
- لاختبار الفرس مع برنامج العرض التقديمي، رفع السبابة التقدم الشرائح.
ملاحظة: تشغيل التبديل تجاوز الدالة فريق الإدارة البيئية وإيقاف، والدليل إلى الأمام وإلى الوراء أزرار التقدم والتقهقر الشرائح في كلا السيناريوهات.
9-جبل الفرس
ملاحظة: إذا كان بناء عضو الكنيست الثاني الانتقال إلى الخطوة 9.2.
-
إذا كان بناء عضو الكنيست الأول، قص الوجهين هوك وحلقة المواد مع مقص، حيث يناسب بشكل مريح حول المعصم. تأكد من أن تواجه الحلقات إلى الداخل الصفر لا المعصم.
- قص هوك على الوجهين وحلقة المواد حتى يتم احتواؤها بشكل مريح حول القسم العلوي من الذراع، ومرة أخرى تأكد من مواجهة الحلقات إلى الداخل.
- قص الشرائط وحلقة وصل الوجهين لحجم متحكم دقيق (10 سم × 5 سم) ومجلس المراقبة (2.5 سم × 6.4 سم). قص شريط من التي تناسب محكم حول البطارية (4 سم × 12 سم).
- باستخدام مسدس الغراء، الصق على الجانب حلقة من الشرائط إلى الجزء السفلي من متحكم دقيق والجزء السفلي من مجلس المراقبة.
- إرفاق مجلس المراقبة برباط المعصم. قم بإرفاق متحكم والبطاريه برباط العضد.
- قم بتوصيل كل شيء: بطارية "9 الخامس" المقابس متحكم دقيق مع موصل PP3. درع متحكم والصحة الإلكترونية الاتصال بمجلس المراقبة عبر الأسلاك ملحوم.
ملاحظة: عضو الكنيست الآن انتهى.
-
إذا كان بناء عضو الكنيست الثاني، قص على الوجهين وحلقة وصل المواد 35 ملم واسعة وطويلة بما يكفي للالتفاف حول المعصم (حوالي 22 سم بالنسبة لأصغر المعصمين).
- قم بتحريك المواد وحلقة وصل عن طريق القصاصات الموجودة في الجزء السفلي من القضية. تأكد من أن تواجه الحلقات إلى الداخل الصفر لا المعصم.
- قم بتوصيل الأسلاك ملحوم إلى متحكم دقيق تنتهي في رأس الإناث إلى دبابيس رأس الذكور على استشعار العضلات، ومقطع أقطاب كهربائية في الكابلات فريق الإدارة البيئية عن طريق دفع لهم.
ملاحظة: يتم الآن الانتهاء عضو الكنيست الثاني. انظر الشكل 14.
Representative Results
عضو الكنيست الثاني أكثر بأسعار معقولة وقابلة للتخصيص وأقل تعقيداً من عضو الكنيست أنا الجهاز. كامل تكاليف عضو الكنيست الثاني إلا قليلاً أكثر من الدرع البيولوجي-إشارات وحدها (75 دولاراً). الجهاز هو أصغر بكثير من الجلوس على المعصم بدلاً من الذراع ومتحكم لاسلكية يمكن أن تدعم في الوقت نفسه يحتمل أن تكون مدخلات من أجهزة الاستشعار العضلات 6. عمر البطارية الوظيفية من عضو الكنيست أنا يستخدم الجهاز فقط أقل من ساعة 9 550 الخامس ماه بطارية وعمر البطارية الوظيفية للجهاز عضو الكنيست الثاني (عند استخدامها كالفرس) حوالي 8 ساعات باستخدام بطارية 3.7 ماه 150 الخامس؛ انظر الجدول 1 مقارنة بين الأجهزة.
بيونيك الفرس عضو الكنيست الثاني يمكن أن يكون مشكلة عند استخدامها في إينديسيس الخاطف: مكبر للصوت يمكن أن تشبع وتأخذ أكثر من ثانية تصريف (انظر الشكل 15). الحرص على وضع أقطاب كهربائية والإعداد بشكل صحيح الكسب ويمكن التغلب على هذه المشكلة. وهذا لم يحدث مع "عضو الكنيست الفرس بيونيك" أنا أو في أي دولة أخرى تستخدم عادة عضلات لفريق الإدارة البيئية.
بينما معايرة الأجهزة للعثور على "قيمة العتبة الزناد"، يمكن ملاحظة العديد من القيم المختلفة. أنها تقع في النطاقات الثلاثة: القيم عندما تكون اليد ثابتة وقيم عندما يتحرك ناحية، والقيم عند تحريك الإصبع. ويبين الجدول 2 القيم المسجلة في كل مجموعة؛ للقرطاسية وناحية تحريك النطاقات، تظهر القيم القصوى ويرد للاصبع توتير مجموعة الحد الأدنى للقيمة. يتم تحديد قيمة العتبة لتقع فوق ناحية تحريك قيمة وتحت الإصبع توتير القيمة. قيمة أقرب إلى ناحية تحريك مجموعة يزيد من فرصة إيجابية كاذبة، ويقلل من الفرصة للسلبيات الكاذبة، بينما قيمة أقرب إلى الإصبع توتير النطاق قد أثر عكسي.
كل الأجهزة فيها اختبار للسلبيات الكاذبة والمغلوطة عند توتير العضلات المبعدة الأرقام القياسية. وسجلت سلبية كاذبة عند الجهاز لا يؤدي تغيير الشريحة إلى توتير العضلات وسجلت إيجابية كاذبة إذا تغيرت الشريحة عند حدوث لا توتير. لا الجهاز كان قضية المغلوطة، على الرغم من أن الجهاز عضو الكنيست الثاني شهدت سلبية زائفة أحياناً (أقل من 5% الوقت). عضو الكنيست أنا الجهاز يواجه لا إيجابيات كاذبة أو السلبيات خلال الدقائق ال 45 الأولى من العملية، على الرغم من أن عدد كاذبة السلبيات الزيادات السريعة حتى فشل جهاز الكلي بين 50 دقيقة وساعة (انظر الجدول 3).
وتظهر هذه النتائج أن الجهاز نجح في أهدافه المعلنة. ويبين الجدول 1 أن عضو الكنيست الثاني هو أرخص وأكثر مرونة من إظهار عضو الكنيست أولاً الجدول 2 و الجدول 3 وظائف الجهاز كالقصد، ويمكن استخدامه كجهاز مشغل المستندة إلى فريق الإدارة البيئية. الرقم 15 يبين القضايا التي يمكن أن تحدث في حالة استخدام العضلات المبعدة الأرقام القياسية: هذه ليست مشكلة التي تحدث مع معظم العضلات، ويمكن أن تكون ثابتة عن طريق تغيير الكسب. على الرغم من أن الأجهزة لديها بعض القضايا، فكافية للاستخدام المقصود.
رقم 1: أولاً MK الفرس بيونيك وهذا يبين الفرس بيونيك عضو الكنيست الأول وكافة مكوناته التي شنت على الذراع الأيسر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: رسم تخطيطي للكتل من الأجهزة- كل مربع يمثل فرعا مستقلاً من الجهاز؛ داخل كل مربع هو الوظيفة التي لدى القسم كجزء من الجهاز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3 : خطوات لبناء الجهاز. مخطط تدفق يتضمن استعراضاً رفيع المستوى لكل خطوة من البروتوكول. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4 : عضو الكنيست الأولى أنا الجمعية. متحكم دقيق مع الكابلات درع ومسرى الإشارات الحيوية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
5 الرقم: الجمعية الأولى MK II. متحكم باستشعار العضلات واتصالات ملحوم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 6 : موضع القطب. يعرض هذا الشكل الموضع الصحيح من أقطاب كهربائية على اليد عند استخدام إينديسيس الخاطف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 7 : "عضو الكنيست الثاني" أجزاء القضية. الأجزاء من عضو الكنيست الثاني القضية جاهزة للطباعة في طابعة الطباعة التصويرية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 8 : "عضو الكنيست" التحكم في دارة. () مجلس الدائرة من فوق (علامات رمادية حيث كان المجلس قطاع الاتصالات المقطوعة في الجانب السفلي). (ب) إنجاز لوحات الدوائر الإلكترونية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 9 : "عضو الكنيست" التحكم في الرسم التخطيطي للدائرة المجلس. مخطط الدائرة لعضو الكنيست يمكنني التحكم في المجلس عرض الاتصالات بين المقاومات والمحولات والأسلاك. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 10 : "عضو الكنيست" التحكم في دارة. () "مجلس المراقبة" من فوق (علامة الرمادي حيث كان المجلس قطاع الاتصال مكسورة في الجانب السفلي). (ب) مجلس الدائرة المكتملة الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 11: مخطط الدائرة المجلس السيطرة "عضو الكنيست الثاني"- مخطط الدائرة لعضو الكنيست يمكنني التحكم في المجلس عرض الاتصالات بين المقاومات والمحولات والأسلاك. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 12 : أولاً MK المجمعة وهذا يبين جميع المكونات من عضو الكنيست أنا الجهاز قبل أنهم صعدوا على الذراع. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 13 : جمع الفرس عضو الكنيست الثاني- () مكان متحكم دقيق في الجزء السفلي من القضية. (ب) وضع البطارية في منتصف القسم ووضع على الغطاء. (ج) وضع جهاز استشعار العضلات في قضيته ووضع على الغطاء. (د) الاتصال متحكم دقيق لاستشعار العضلات وتوصيل البطارية متحكم دقيق. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 14 : الفرس بيونيك المكتملة MK II. () على حمالة وحلقة وصل. (ب) على المعصم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
15 الرقم: أوفيرساتوريشن من أجهزة الاستشعار العضلات. يظهر هذا الشكل ماذا يحدث عندما هو oversaturated استشعار العضلات؛ الهضاب عند تفعيل العضلات كانت قوية للغاية لإعداد الربح الحالي على الجهاز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| عضو الكنيست أنا | عضو الكنيست الثاني | |
| جهاز استشعار فريق الإدارة البيئية | أجهزة الاستشعار البيولوجية العامة | جهاز استشعار العضلات مخصصة |
| لاسلكي | وحدة لاسلكية منفصلة | على متنها متحكم |
| فريق الإدارة البيئية عبر الشبكات اللاسلكية؟ | لا | نعم |
| البطارية | 9 V PP3 | 150 ماه يبو |
| زمن التشغيل | ح 1 | ح 8 |
| بناء الوقت | ح 5 | ح 4 |
| التكلفة الإجمالية | 150 دولار | $80 |
| إيجابيات كاذبة (%) | 0 | 0 |
| السلبيات كاذبة (%) | 0 | 4.7 |
الجدول 1: مقارنة بين الأجهزة. ويقارن هذا الجدول عدة جوانب من هذه الأجهزة، من التصميم إلى وظيفة.
| قرطاسية (الحد الأقصى) | تحريك اليد (الحد الأقصى) | تينسينج الإصبع (الحد الأدنى) | قيمة العتبة | |
| عضو الكنيست أنا | 25 | 35 | 215 | 200 |
| عضو الكنيست الثاني | 40 | 280 | 460 | 400 |
الجدول 2: نتائج المعايرة. ويبين هذا الجدول القيم التي تم الحصول عليها مع إبقاء اليد ثابتة، تتحرك باليد والإصبع توتير، فضلا عن قيمة العتبة المحدد.
| عدد من السلبيات كاذبة (اختبار كل 30 ثانية) | عدد من إيجابيات كاذبة (التنشيط التلقائي) | ||||
| أول 45 دقيقة | 45 دقيقة-ح 1 | ح 1-8 | ح أول | ح 1-8 | |
| عضو الكنيست أنا | 0 | 35 | N/A | 0 | N/A |
| عضو الكنيست الثاني | 4 | 1 | 40 | 0 | 0 |
الجدول 3: اختبار الأجهزة. مقارنة كاذبة إيجابيات وسلبيات كاذبة بين الجهازين.
ملفات تعليمات برمجية إضافية لعضو الكنيست الأول والثاني عضو الكنيست:
الرجاء الضغط هنا لتنزيل "BionicClicker.ino"
الرجاء الضغط هنا لتنزيل "BLEBionicClicker.ino".
الرجاء الضغط هنا لتنزيل "BLEBoomTest.ino".
الرجاء الضغط هنا لتنزيل "BLEThresholdTest.ino".
الرجاء الضغط هنا لتنزيل "BoomTest.ino".
الرجاء الضغط هنا لتنزيل "ThresholdTest.ino".
الرجاء انقر هنا لتحميل "الريشة-Featherbase.stl".
الرجاء انقر هنا لتحميل "الريشة-Feathermid.stl".
الرجاء انقر هنا لتحميل "الريشة-Feathertop.stl".
الرجاء انقر هنا لتحميل "ميو-Myobase.stl".
الرجاء انقر هنا لتحميل "ميو-Myolid.stl".
Discussion
تشبع عضو الكنيست الثاني عند استخدامها في إينديسيس المختطف أقل من قضية من أنها تظهر أول أيار/مايو. الحرص على اكتساب وضع أقطاب كهربائية والصحيح يتوقف الإعداد هذا من كونها قضية عند استخدام الجهاز كالفرس. ما لم تكن مهتمة بدقة تسجيل النشاط الأرقام القياسية المختطف، وهذا من غير المحتمل أن تكون هناك مشكلة على الإطلاق. قد شهدت لا التشبع المفرط على أي عضلة أخرى بعد أن تم تعيين المكسب. السلبيات كاذبة مع عضو الكنيست الثاني نظراً لصعوبة تحديد قيمة العتبة الصحيحة عند استخدام إينديسيس الخاطف. مع العضلات أكبر الفرق بين حجم التنشيط غير هادفة العضلات وتوتير هادفة للعضلات أكبر، مما يسمح لاختيار نقطة العتبة التي أبعد عن كل من الإيجابية الكاذبة والسلبية الكاذبة النقاط. على الأيدي الصغيرة لا سيما عضلة إينديسيس مبعدة قد تكون صغيرة جداً لأقطاب توضع بشكل صحيح (على الرغم من أن مع أصغر رفائد هذا يمكن أن يحتمل أن يكون حلها).
عمر البطارية أطول لعضو الكنيست الثاني مفيدة لمجموعة متنوعة من الأسباب. أولاً، عضو الكنيست أنا الجهاز بدأ العمل متقطعة بعد 45 دقيقة استخدام، حيث لا يمكن استخدامه للمظاهرات أطول. وثانيا مع عمر بطارية ساعة متعددة، يمكن اعتبار عضو الكنيست الثاني كعنصر تحكم الإدخال لجهاز مفيدة، ومع سوى زيادة ضئيلة في حجم الضرب البدني، يمكن استخدامه كجهاز رصد طوال يوم. متحكم دقيق اللاسلكية قد المدخلات التماثلية 6 و 13 من المدخلات الرقمية؛ وهذا يعني أن الجهاز يمكنه أن يقبل إشارات من أجهزة استشعار العضلات متعددة لإنشاء جهاز مع درجات الحرية أكثر في عناصر التحكم. كما تجدر الإشارة إلى أن أجهزة الاستشعار العضلات يمكن الاستعاضة عن أي بيوسينسور بإنتاجها تناظرية إنشاء جهاز يستخدم الإشارات البيولوجية الأخرى كالإدخال. يمكن أيضا تعديل التعليمات البرمجية للجهاز بسهولة لتغيير وظيفتها. إدخال تغييرات على البرامج والأجهزة للجهاز تسمح بإجراء تعديلات بسيطة ومتنوعة للجهاز.
واحد الحد من الجهاز كما هو عليه حاليا أن إخراج فريق الإدارة البيئية لا يمكن إرسال لاسلكياً بمعدل بيانات عالية كهذا يمكن التحميل الزائد المخزن المؤقت متحكم اللاسلكية. قيد آخر هو أن الأسلوب الذي يستخدم مؤشرات الخاطف كالمدخل، وكما عضلة صغيرة جداً، تتداخل مع المباعدة بين الأقطاب من جهة تقريبا؛ إذا كان شخص ما لديه الأيدي الصغيرة خاصة، فإنه قد يكون من المستحيل وضع أقطاب كهربائية بشكل صحيح على هذه العضلة.
الجهاز له العديد من المزايا عبر الأجهزة أغلى عندما يتعلق الأمر بالمرونة في مشاريع البحوث المحتملة. أنها منخفضة التكلفة: الجهاز تكلفته 80 دولار وقنوات إضافية بفريق الإدارة البيئية فقط التكلفة 35 دولاراً، مما يجعله مثاليا لأصغر أو مشاريع الطلاب. فمن السهل لتخصيص والبرمجيات يمكن تحريرها بسهولة وتغيير المدخلات للأجهزة الأخرى. فقد صغير حجم، ذلك شخص ارتداء الحجاب لا يحتاج إلى حمل معدات ثقيلة أو ضخمة. ويبدو أيضا كلوحة مفاتيح لاسلكية للأجهزة الأخرى، حيث أنها يمكن أن تكون متكاملة بسهولة مع أي جهاز لاسلكي متوافق. وقد أدمج الجهاز فعلا في جهاز المعينة التي ستنشر في المستقبل القريب.
نظراً لحجم وسهولة للتخصيص من عضو الكنيست الثاني، فإنه يجري يعتبر بالفعل لإدماجها في العديد من المشاريع البحثية كوحدة نمطية لاسلكية لفريق الإدارة البيئية وآلية الزناد لاسلكية. كما أنه يستخدم كأساس لإحدى دورات مختبر في المسار الرئيسي للطالب. تحسين الرئيسية نود أن تجعل الجهاز لزيادة معدل الإرسال اللاسلكي؛ والهدف تحقيق 10 هرتز، وما إذا كان سيتم ذلك عن طريق الأجهزة أو البرامج لم يتحدد.
الخطوات الأكثر أهمية ضمن البروتوكول خطوات 2.6 و 2.7: اختيار "قيمة العتبة الزناد". في الخطوة 2، 6، ينبغي إيلاء اهتمام خاص بدفعها إلى الحركة الكابلات فريق الإدارة البيئية، حيث أنها تعمل كهوائي وتوليد التحف الحركة؛ ومع ذلك، إذا كان يتم الاحتفاظ هذه ثابتة وهذا ليس مسألة. في خطوة 2.7، إذا كانت القيمة المحددة عالية جداً، وهذا يؤدي في السلبيات الكاذبة. إذا كانت هذه القيمة منخفضة جداً، وهذا يؤدي في إيجابيات كاذبة. في حالة إينديسيس المبعدة، من الصعب جداً العثور على قيمة التي تؤدي إلى سلبية كاذبة أحياناً، على الرغم من أن مع أكبر العضلات هذا لا يبدو أن قضية. إذا كان البحث عن القيمة الصحيحة لا يزال مشكلة، يمكن تصحيح الكسب بتعيينها إلى قيمة الحد الأدنى وزيادة عليه حتى يعتبر فرق كبير بين عدم تفعيل وتنشيط عن طريق قراءات المسلسل، مع قيم البقاء دون نقطة التشبع.
عموما عضو الكنيست الثاني تحسنا كبيرا على عضو الكنيست الأول كجهاز بحوث محتملة، على الرغم من أن سبب MK أنا له تأثير مرئي أقوى، فمن المحتمل أن تكون لا تزال تستخدم مشاركة الجمهور في المستقبل الأحداث.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
ويمول المشروع الهندسية و EPSRC مجلس بحوث العلوم الفيزيائية (الجيش الشعبي/K503745/1)، والمعهد الوطني للبحوث الصحية (NIHR) البحوث الطبية الحيوية مركز (BRC) (BRC272/مرحبا/ديسك/101440) و UCL تغيير صناع.
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
- Navarro, X., Krueger, T. B., Lago, N., Micera, S., Stieglitz, T., Dario, P. A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems. J Periph Nerv Syst. 10 (3), 229-258 (2005).
- Yang, D. P., et al. An anthropomorphic robot hand developed based on underactuated mechanism and controlled by EMG signals. J Bionic Eng. 6 (3), 255-263 (2009).
- Chu, J. U., Moon, I., Lee, Y. J., Kim, S. K., Mun, M. S. A supervised feature-projection-based real-time EMG pattern recognition for multifunction myoelectric hand control. IEEE/ASME Trans Mechatronics. 12 (12), 282-290 (2007).
- Bitzer, S., Van Der Smagt, P. Learning EMG control of a robotic hand: towards active prostheses. Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation. , Orlando, Florida. (2006).
- Cipriani, C., Zaccone, F., Micera, S., Carrozza, M. C. On the shared control of an EMG-controlled prosthetic hand: analysis of user-prosthesis interaction. IEEE Trans Rob. 24 (1), 170-184 (2008).
- Tenore, F., Ramos, A., Fahmy, A., Acharya, S., Etienne-Cummings, R., Thakor, N. V. Towards the control of individual fingers of a prosthetic hand using surface EMG signals. IEEE EMBS. 2007, 6145-6148 (2007).
- Reinvee, M., Pääsuke, M. Overview of Contemporary Low-cost sEMG Hardware for Applications in Human Factors and Ergonomics. In Proc Hum Fact Ergon Soc Annu Meet. 60 (1), 408-412 (2016).
- George, P. K., Minas, V. L., Agisilaos, G. Z., Christoforos, I. M., Kostas, J. K. Open-Source, Anthropomorphic, Underactuated Robot Hands with a Selectively Lockable Differential Mechanism: Towards Affordable Prostheses. 2015 IEEE/RSJ International Conference of Intelligent Robots and Systems. , Hamburg. (2015).
- Agisilaos, G. Z., Minas, V. L., Christoforos, I. M., Kostas, J. K. Open-Source, Affordable, Modular, Light-Weight, Underactuated Robot Hands. IEEE/RSJ International Conference of Intelligent Robots and Systems. , Chicago, Illinois. (2014).
- Minas, V. L., Agisilaos, G. Z., Melina, N. B., Kostas, J. K. Open-Source, Low-Cost, Compliant, Modular, Underactuated Fingers: Towards Affordable Prostheses for Partial Hand Amputations. 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , Chicago, Illinois. (2014).
- Engaging the senses: object-based learning in higher education. Chatterjee, H. J., Hannan, L. , Ashgate Publishing, Ltd. (2015).
- Zainee, N. M., Chellappan, K. Emergency clinic multi-sensor continuous monitoring prototype using e-Health platform. 2014 IEEE Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES). , Kuala Lumpur. (2014).
- Paul, P., Motskin, M. Engaging the Public with Your Research. Trends Immunol. 37 (4), 268-271 (2016).
- e-Health Sensor Platform V2.0 for Arduino and Raspberry Pi. , Available from: https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1 (2017).
- Arduino IDE Setup. , Available from: https://learn.adafruit.com/add-boards-arduino-v164/setup (2017).
- Ultimaker 2+. , Available from: https://ultimaker.com/en/products/ultimaker-2-plus (2017).
- Form 2. , Available from: https://formlabs.com/3d-printers/form-2/ (2017).
- Pairing to Bluefruit. , Available from: https://learn.adafruit.com/introducing-bluefruit-ez-key-diy-bluetooth-hid-keyboard/pairing-to-bluefruit (2017).
