Summary
Une plate-forme d’assise a été développée et Assemblée qui déstabilise passivement la position assise chez les humains. Au cours de la tâche de stabilisation de l’utilisateur, une unité de mesure inertielle enregistre les mouvements de l’appareil et éléments vibrants réalisent axée sur la performance de vos commentaires au siège. Le dispositif portable, polyvalent peut être utilisé dans la réhabilitation, l’évaluation et paradigmes de la formation.
Abstract
Perturbations posturales, suivi de mouvement et la rétroaction sensorielle sont les techniques modernes utilisées pour contester, évaluer et former assis debout, respectivement. L’objectif du protocole développé est de construire et d’exploiter une plate-forme de séance qui peut être passivement déstabilisée, alors qu’une unité de mesure inertielle quantifie sa requête et éléments vibrants livrer la rétroaction tactile à l’utilisateur. Fixations interchangeables modifient le niveau de stabilité de l’appareil en toute sécurité les défi assis balance. Un microcontrôleur intégré permet le réglage fin des paramètres rétroaction pour augmenter la fonction sensorielle. Mesures posturographique, typiques des protocoles d’évaluation bilan, résument les signaux de mouvement acquis au cours des essais chronométrés balance. Aucun protocole d’assise dynamique à ce jour ne fournit défi variable, quantification et rétroaction sensorielle sans contraintes de laboratoire. Nos résultats démontrent que les utilisateurs non handicapés des modifications importantes pièce dispositif posturographique mesures lors de difficultés de balance sont altérée ou vibration feedback fourni. L’appareil portable et polyvalent a des applications potentielles dans la remise en état (suite à une lésion squelettique, musculaire ou neurologique), formation (pour les sports ou la conscience spatiale), divertissement (via virtuelle ou augmentée réalité) et la recherche (de troubles liés au coin).
Introduction
Assis debout est une condition sine qua non pour les autres fonctions sensorimotrices humaines, y compris les mouvements qualifiés (par exemple, taper) et perturbé l’équilibre des tâches (p. ex., à cheval sur un train). Pour remettre en état et améliorer les fonctions assises et connexes, les techniques d’entraînement moderne d’équilibre sont utilisés : surfaces instables perturbent la séance1,2 , et suivi de mouvement quantifie bilan compétence3,4 . Résultats bilan de la formation améliorent lorsque vibration est remises à l’organisme à l’aide de modèles qui correspondent à des performances5. Cette rétroaction sensorielle est évidemment efficace comme une remise en état et la méthode de formation ; Pourtant, les méthodes actuelles de rétroaction sensorielle sont orientés vers l’équilibre debout et nécessitent des équipements en laboratoire6,7.
Le but du travail présenté ici est de construire un appareil portatif qui peut être assis et déstabilisé passivement à des degrés divers tandis que les instruments intégrés enregistrent sa position et offrent la vibration feedback à la surface d’assise. Cette combinaison d’outils intègre les travaux antérieurs sur l’oscillation chaises2,4 et vibration feedback5,6,7, rendant les avantages de ces outils plus puissant et accessible. Une procédure pour former l’assise verticale et une analyse des résultats quantitatifs, suite à la documentation établie sur mesures posturographique8sont également présentées. Ces méthodes ne conviennent pas pour étudier les effets de la séance d’exercice d’équilibre avec une surface instable lorsqu’il est combiné avec vibration feedback. Les applications prévues incluent formation sportive, une amélioration générale de la coordination motrice, évaluation du préjudice balance de compétence et à la remise en état suite squelettiques, musculaire ou neurologique.
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Protocol
Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvés par le Health Research Ethics Board de l’Université de l’Alberta.
1. construction et assemblage de composants structures
- Construire une interface de saisie pour bases hémisphériques interchangeables : souder un écrou de base à une plaque de soudure en acier.
- Utilisez un numérique commandé par ordinateur (CNC) fraiseuse pour construire un châssis cylindrique, couvercle et base en polyéthylène comme illustré à la Figure 1. Boulonner la plaque de base à la base et la base du châssis.
Remarque : Les caractéristiques de moulin pour la fixation de vis et autres pièces sont selon les fichiers de dessin et de modèle solide 3D fichiers fournis (voir supplémentaire fichiers 1 et 2). Tous les composants structurels ont un modèle solide correspondant et le dessin qui sont disponibles en téléchargement et peut être utilisé pour reproduire le processus de construction. - Utiliser une fraiseuse pour construire un manchon cylindrique en polychlorure de vinyle qui s’adapte sur une tige filetée, comme illustré à la Figure 1. Faire la manche 37 mm de long, avec un diamètre extérieur de 32 mm.
- Brides de soudure en acier de chaque côté d’un acier d’attelage, comme illustré à la Figure 1. Boulon de l’attelage à l’avant de la base.
- Utiliser une machine de tournage CNC pour construire 5 cylindres identiques en polyéthylène, chacun avec une hauteur de 63 mm et un diamètre de 152 mm. Dans le centre de la face supérieure de chaque cylindre, découpez un trou de 32 mm à 38 mm de profondeur afin qu’il tienne le manchon cylindrique (voir étape 1.3. ci-dessus) avec des interférences.
- Sur l’intrados de chaque cylindre, utiliser un CNC tournage machine pour couper une base uniformément courbée avec un unique rayon de courbure pour chacun des 5 cylindres, maintenir la hauteur totale de 63 mm, comme illustré à la Figure 2.
Remarque : Le rayon de courbure et de la hauteur de la base déterminent la stabilité de l’appareil. Suggérées rayons de courbure pour cette hauteur se situent entre 110 mm (très instable) et 250 mm (légèrement instable), comme indiqué dans le tableau 1. - Construire un attachement de soutien de jambe comme illustré à la Figure 3, par la première soudure acier 70 mm attelage insérer perpendiculairement à une extrémité d’une extrusion de 575 mm en acier. À l’autre extrémité, fixez un repose-pied en acier cylindrique de 300 mm à l’extrusion.
Remarque : Pour les dimensions de la partie détaillée, voir supplémentaire 1 fichier (dessins) et complémentaire fichier 2 (modèles volumiques 3D). - Utiliser une scie à ruban pour couper un acier rectangulaire bar (29 mm par 100 mm) à une longueur d’environ 160 mm pour qu’il pèse 3,6 kg. Insérez la barre en acier à l’arrière du châssis afin de contrebalancer la fixation de support de jambe, comme illustré à la Figure 1.
- Assembler l’appareil tel qu’illustré à la Figure 4. Connectez le support pour les jambes en insérant des axes par l’intermédiaire de l’attelage et attelage insert. Régler la position de la pince à la hauteur de l’appui pied désiré. Enfilez la tige dans le montant de base tels qu’environ 35 mm de la tige sort de la base. Insérez la tige qui dépasse dans la base de courbe désirée.
- Appliquer le grip tape ou un autre revêtement adapté au couvercle. Placez le couvercle.
2. instrumentation de l’appareil
- Acquérir un microcontrôleur (voir la Table des matières), une unité de mesure inertielle et huit tacteurs vibrants. Connecter les tacteurs de mesure inertielle unité et vibrant au microcontrôleur.
- Programme du microcontrôleur tels qu’il lit antéro-postérieure (AP) et inclinaison (ML) médiolatérales des angles de l’unité de mesure inertielle et active les tacteurs vibrants ou non fondée sur les angles d’inclinaison. Voir supplémentaire 3 fichier (script de microcontrôleur exemplaire) et pas en 2.2.1.
Remarque : Les unités de mesure inertielle qui utilisent des accéléromètres et gyroscopes sont sujettes à l’erreur. Effectuer un étalonnage positionnel des capteurs : reposer l’appareil sur une surface plane et utiliser ce poste comme point de référence pour toutes les mesures suivantes. Utiliser un système de capture de mouvement ou une approche similaire pour valider les mesures d’angle inclinaison et s’assurer qu’ils sont suffisamment précis dans l’ensemble de la gamme attendue de l’utilisation (spatiale et temporelle). S’assurer que les vibrantes tacteurs fonctionnent à une fréquence de pas plus de 200 Hz, afin d’induire une réponse univoque de récepteurs sensoriels dans la peau humaine ou muscle9.- Téléchargez le script de microcontrôleur générant vibrotactile signaux basés sur un signal de commande de rétroaction qui représente une somme pondérée des AP (ou ML) angle d’inclinaison et de la vitesse.
Remarque : L’ordinateur active trois tacteurs plus proches de la gauche, droite, avant, ou à l’arrière de la surface lorsque le signal de commande dépasse un certain seuil dans cette direction ; ou cinq tacteurs si un seuil d’AP et ML sont dépassés en même temps ; aucune des tacteurs est active lorsque le signal de commande est inférieur au seuil dans les deux sens (c'est-à-dire, dans la zone de non retour).
- Téléchargez le script de microcontrôleur générant vibrotactile signaux basés sur un signal de commande de rétroaction qui représente une somme pondérée des AP (ou ML) angle d’inclinaison et de la vitesse.
- Fixez l’unité de mesure inertielle dans le centre du châssis. Organiser les tacteurs vibrants sur un octogone régulier avec un rayon de 10 cm, centrée antérieure du centre du châssis 8 cm afin qu’ils se trouveront sous le siège d’une personne de taille moyenne de10. Une photographie d’un éventuel arrangement est illustrée à la Figure 4.
Remarque : Si les vibrations tacteurs ne sont pas assez puissants pour vibrer l’utilisateur, d’améliorer l’interface entre la peau et tacteur en coupant des trous dans le couvercle et fixation les vibrateurs à reposer rincer la surface. Si la méthode utilisée pour sécuriser les vibrateurs en place provoque un amortissement des vibrations, opter pour un boîtier de montage de deux parties avec un ergot de guidage loose-fit, comme illustré à la Figure 5. - Connectez le microcontrôleur à un ordinateur portable ou ordinateur de bureau ordinateur via un bus série universel (USB) ou autre moyen de communication approprié. Ouvrez l’interface utilisateur, illustré à la Figure 6.
NOTE : Également connecter le microcontrôleur sur une batterie ou d’autre source d’alimentation. Cela améliore la portabilité de l’appareil, mais s’oppose à une interface utilisateur.
3. exemplaire évaluation et formation protocole
- Recruter les participants consentants qui sont exempts de troubles neurologiques ou musculo-squelettiques et les maux de dos aigu ou chronique. Enregistrer l’âge, poids et taille de chaque participant. Ensuite, pour chaque participant, effectuer la procédure suivante.
- Ouvrez l’interface utilisateur (Figure 6). Le graphique boussole montre angle d’inclinaison de l’appareil plus de la moitié de sa vitesse tilt dans la direction de l’AP (axe vertical) et la direction de ML (axe horizontal).
- Avant chaque essai d’équilibre, demander au participant d’enfiler le casque antibruit, plier son ou ses bras sur la poitrine, maintenir une posture verticale autant que possible et cue verbalement l’expérimentateur d’être prêt.
- Effectuer 20 30 secondes assis balance des essais en série11, prendre des pauses au besoin pour éviter la fatigue, s’arrêter à tout moment si nécessaire.
- Les essais de séquence comme suit (exemple seulement) : choisir au hasard une des deux combinaisons « condition de stabilité oculaire/niveau de base », ci-après dénommés l’équilibre des conditions (yeux ouverts ; ou moins difficile à base de base plus difficile et les yeux fermés)12. Effectuer quatre essais de la première condition d’équilibre afin de familiariser le participant avec la tâche et d’identifier les seuils signal contrôle approprié pour les tacteurs vibrations dans le siège (voir l’étape 3.4.5 ci-dessous).
Remarque : Il est plus difficile de maintenir l’équilibre sur un socle avec un petit rayon de courbure que sur une base d’un large rayon de courbure (le tableau 1 montre la stabilité relative de tous les cinq bases interchangeables). Quatre essais se pour suffire obtenir un comportement stable du solde tâche2. - Choisir au hasard trois des six essais pour les essais de contrôle : éteindre les tacteurs vibrants pour la durée de ces essais. Pour activer la vibration feedback ou désactiver, activer/désactiver le curseur de la rétroaction à la position désirée dans l’interface utilisateur. Répétez cette séquence de dix essais pour la deuxième condition de l’équilibre.
- Étiqueter la condition actuelle de la difficulté et le œil en sélectionnant dans les menus déroulants dans la section Paramètres de première instance de l’interface utilisateur. Cliquez sur enregistrement pour commencer le procès.
Remarque : La sécurité des participants est primordiale. L’expérimentateur doit superviser toutes les activités d’équilibre et être prêt à aider en cas de perte d’équilibre. Dégagez la zone des éventuels dangers potentiels et être au courant des protocoles d’urgence locaux. - Pour les essais avec les yeux ouverts, demandez aux participants de se concentrer sur un point fixe droit devant afin de maintenir l’équilibre. Pour les essais avec les yeux fermés, utiliser un bandeau sur les yeux pour s’assurer que le participant est totalement dépourvu de rétroaction visuelle.
Remarque : Pour les paradigmes d’équilibre où le mouvement des pieds doit être limité, fixez le support de pied et insérer le contrepoids sous le couvercle. - Un algorithme calcule quels seuils de rétroaction AP et ML à utiliser et les affiche dans la colonne de Q3 de l’interface utilisateur. Après quatre essais de familiarisation, copiez les valeurs indiquées dans la colonne de la Q3 dans la colonne d’écrire et puis cliquez sur actualiser pour mettre à jour les seuils de rétroaction montrés sur le graphique boussole (roses) basé sur la quatrième familiarisation procès.
Remarque : Les valeurs de seuil calculée affichées dans la colonne de Q3 de l’interface sont égales au troisième quartile pour chaque direction de l’inclinaison (AP, ML) au cours du procès précédent. Ce système de rétroaction est basé sur la notion que fonction balance est améliorée lorsque le feedback est optimisé pour chaque individuel13,14, tout en donnant trop d’informations peut détriment d’apprentissage15. Une fois que les deux seuils ont été sélectionnés pour un individu donné, ils peuvent être maintenus constants pour cette personne d’être en mesure d’évaluer les améliorations au fil du temps, ou par une intervention.
- Les essais de séquence comme suit (exemple seulement) : choisir au hasard une des deux combinaisons « condition de stabilité oculaire/niveau de base », ci-après dénommés l’équilibre des conditions (yeux ouverts ; ou moins difficile à base de base plus difficile et les yeux fermés)12. Effectuer quatre essais de la première condition d’équilibre afin de familiariser le participant avec la tâche et d’identifier les seuils signal contrôle approprié pour les tacteurs vibrations dans le siège (voir l’étape 3.4.5 ci-dessous).
- Comme les AP et les ML les angles d’inclinaison sont automatiquement stockés, en temps réel, dans un fichier texte pour l’analyse, analyser les signaux AP et ML pour caractériser la performance de la séance pour chacune des conditions expérimentales.
- Dans le domaine temporel, calculer les mesures posturographique suivantes de chaque moment de la série8: root-mean-square (une mesure de la variance de la motion) et la vitesse moyenne (mesure de la vitesse angulaire moyenne de la motion).
- Dans le domaine fréquentiel, calculer les mesures posturographique suivantes de chaque moment de la série8: fréquence neutre (mesure de la fréquence globale de la requête) et la dispersion de fréquence (une mesure de la variation de fréquence de la motion)8 .
- Utiliser un modèle linéaire mixte d’estimer et de caractériser les effets des deux facteurs d’effets fixes, (1) la condition d’équilibre (niveau et oculaires condition de stabilité combinée) et la rétroaction vibrotactile (2), sur chacune des mesures posturographique (variables dépendantes), compte tenu de la corrélation entre les mesures répétées de chaque participant16 (un facteur effets aléatoires).
- Test pour l’importance des effets fixes par le rapport entre la variance entre les moyennes de groupe à la variance des résidus de calcul et en comparant le résultat d’une distribution F.
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Representative Results
Le tableau 2 montre, pour chaque condition expérimentale, les mesures posturographique dérivées des observations de l’AP et ML support surface s’incline, en moyenne plus de 144 essais de solde effectués par 12 participants (2 x 2 x 3 essais par participant).
Effet de la modification de la Condition d’équilibre : La condition de base a été choisie d’être tributaire de l’état de le œil (c'est-à-dire, lorsque les yeux sont fermés, la base a été plus stable). Ainsi, la condition de base et des yeux ensemble étaient considérés comme une variable indépendante (condition d’équilibre). Observations d’inclinaison AP étaient significativement différentes entre les conditions de deux équilibre pour root-mean-square, fréquence neutre et la dispersion de la fréquence (selon F-tests de la variation estimée, α = 0,05). Le changement calculé dans chacune des mesures (moyenne et écart-type) est montré dans la Figure 7 et Figure 8. Compatible avec les autres rapports, ces mesures posturographique peuvent distinguer entre équilibre tâches4.
Effet de modifier la Condition de vos commentaires : Au cours des essais lorsque le système de rétroaction vibrotactile était actif, la fréquence neutre des observations d’inclinaison AP est significativement plus élevée au cours des essais de contrôle (selon les tests F du changement estimatif, α = 0,05). Le changement calculé dans chacune des mesures posturographique (moyenne et écart-type) est montré dans la Figure 9 et Figure 10. Compatible avec les autres rapports, ce protocole de rétroaction vibrotactile a un effet mesurable sur la balance performance17.
Figure 1 : vue éclatée de l’Assemblée châssis. Composants structuraux comprennent : (1) couvercle ; (2) contrepoids ; (3) châssis cylindrique ; (4) goujon base ; (5) hitch pour la fixation de l’attache de soutien de jambe (Figure 3) ; (6) base ; et tige (7,8) et manchon de fixation de l’un des cinq cylindres interchangeables (Figure 2). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : vue latérale d’un module de base incurvé. Chacun des cinq modules possède une hauteur totale de 63 mm et un unique rayon de courbure, qui module la difficulté de maintenir l’équilibre sur la surface d’assise. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : vue éclatée de l’attachement d’appui jambe. L’appui de la jambe, consistant en un attelage, pince et place du bouchon de finition est de 600 mm de long et peut être enlevé pendant le transport de l’appareil ou pour autoriser l’utilisateur à balancer les jambes librement au cours de l’exercice d’équilibre. Pour les dimensions de la partie détaillée, voir supplémentaire fichiers 1 (dessins) et 2 (modèles volumiques 3D). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : un appareil de rétroaction vibrotactiles pour l’évaluation de l’équilibre assis et formation. (A) vue éclatée des pièces jointes de l’appareil. Les composants illustrés ici sont : (1) la base, châssis et le couvercle ; (2) l’extrusion en acier pour la fixation de repose-pieds ; (3) deux axes pour garantir le repose-pieds ; (4) la fixation de repose-pieds de hauteur réglable. et (5) un des cinq courbes de modules de base. Ces composants peuvent être séparés pour faciliter le transport ou le stockage. Pour les dimensions de la partie détaillée, voir supplémentaire fichiers 1 (dessins) et 2 (modèles volumiques 3D). Photo vue de dessus de (B) de l’appareil. Le couvercle a été supprimé pour révéler l’instrumentation électronique, y compris : une unité de mesure inertielle abritée par un boîtier personnalisé imprimés (au centre) ; un jury de microcontrôleur avec connexion bus série universel (à gauche) ; huit des vibrateurs électroniques qui s’est tenues dans les enclos imprimé personnalisé (région centre) ; et une barre (POV) pour contrebalancer le repose-pieds en acier, ce chiffre a été modifié par Williams et al. 18 . Republié avec la permission de l’ASME, de « Conception et évaluation d’an instrumentés Wobble Board pour évaluation et formation assis équilibre dynamique » dans le Journal of Engineering biomécaniques, AD Williams, QA Boser, AS Kumawat, K Amara, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, avril 2018 ; l’autorisation transmise par Copyright Clearance Center, Inc. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : deux parties installation enceinte pour vibrant tacteurs. Un trou de 4 mm dans l’enceinte de tacteur (en haut) montées souplement sur une localisation broche dans la plate-forme de montage (en bas) de 3 mm pour minimiser l’amortissement des vibrations. Pour les dimensions de la partie détaillée, voir supplémentaire fichiers 1 (dessins) et 2 (modèles volumiques 3D). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : interface utilisateur. Cette interface utilisateur permet aux utilisateurs de sélectionner des seuils de rétroaction vibrotactile et acquisition de données. La longueur et l’orientation du vecteur sur le graphique sont proportionnels à la cinématique de l’appareil. Le rectangle reflète les seuils AP et ML pour vos commentaires. Ce chiffre a été modifié par Williams et al. 18 . Republié avec la permission de l’ASME, de « Conception et évaluation d’an instrumentés Wobble Board pour évaluation et formation assis équilibre dynamique » dans le Journal of Engineering biomécaniques, AD Williams, QA Boser, AS Kumawat, K Amara, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, avril 2018 ; l’autorisation transmise par Copyright Clearance Center, Inc. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : résultats de la manipulation de la tâche dans le domaine temporel. Variation temporelle posturographique mesures lorsque les participants ferment les yeux et en même temps basculer vers une base plus stable (moyenne et écart ; astérisque représente changement significatif selon test F, α = 0,05). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : résultats de la manipulation de la tâche dans le domaine fréquentiel. Changement dans les mesures posturographique fréquentiel lorsque les participants ferment les yeux et en même temps basculer vers une base plus stable (moyenne et écart ; astérisques représentent un changement important selon test F, α = 0,05). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 9 : résultats de vibrotactile feedback dans le domaine temporel. Variation temporelle posturographique mesures lorsque les participants sont fournis avec rétroaction vibrotactile fondées sur le rendement (moyenne et écart-type ; aucune modification statistiquement ne significatives selon test F, α = 0,05). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 10 : résultats de vibrotactile feedback dans le domaine fréquentiel. Changement de mesures posturographique fréquentiel lorsque les participants sont fournis avec rétroaction vibrotactile fondées sur le rendement (moyenne et écart ; astérisque représente changement significatif selon test F, α = 0,05). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
| Rayon de courbure (cm) | ||
| Plus stable | 25 | Moins difficile d’équilibrer |
| 20 | ||
| 15 | ||
| 13 | ||
| Moins stable | 11 | Plus difficile d’équilibrer |
Tableau 1 : les propriétés géométriques des bases interchangeables. La hauteur totale de chaque module de base est de 63 mm ; ainsi, une base avec un plus petit rayon de courbure, lorsqu’il est attaché à l’appareil, est moins stable qu’une base avec un plus grand rayon de courbure.
| Mesure posturographique | Direction de l’inclinaison | Conditions expérimentales | |||
| Yeux ouverts | Yeux fermés | ||||
| Surface très instable | Surface légèrement instable | ||||
| Vibration | Vibration | Vibration | Vibration | ||
| Hors | Sur | Hors | Sur | ||
| Root-Mean-Square | Antéro-postérieure | 1.60 | 1,62 | 2.01 | 1,70 |
| [degrés] | Médiolatérales | 1.53 | 1.61 | 1,80 | 1,74 |
| Vitesse moyenne | Antéro-postérieure | 2,75 | 3.01 | 2,85 | 2,94 |
| [degrés/s] | Médiolatérales | 3.04 | 3.14 | 3.38 | 3.44 |
| Fréquence de neutre | Antéro-postérieure | 0,418 | 0.449 | 0,370 | 0,423 |
| [Hz] | Médiolatérales | 0.462 | 0,467 | 0,465 | 0,471 |
| Dispersion de fréquence | Antéro-postérieure | 0.659 | 0,654 | 0,685 | 0.661 |
| [-] | Médiolatérales | 0,651 | 0,651 | 0.662 | 0,669 |
Tableau 2 : résultats de conditions d’équilibre et de la rétroaction. Sommaires mesures dérivées de AP et ML s’incline au cours des essais de séance instable. Soutenir la stabilité surface plus affection oculaire ainsi que niveau de vibration sont les variables manipulées. Mesures moyennes ont été calculées dans l’ensemble de tous les participants.
Fichier supplémentaire 1 : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 2 : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 3 : S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.
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Discussion
Méthodes pour la construction d’un appareil portable, instrumentée, séance sont présentées. L’appareil est portable et durable, bâtiment sur des études antérieures de wobble chaises2,4 et vibration feedback5,6,7 pour rendre les avantages de ces outils plus puissant et accessible . Suivre le protocole de l’Assemblée en sens inverse pour préparer le dispositif de transport ou de stockage. La difficulté de la tâche de l’équilibre peut être modulée en attachant les bases avec des courbures différentes. La sélection de difficulté de la tâche est critique ; les utilisateurs devraient être déstabilisés pour faciliter la formation active sans risquer des blessures.
Observation en temps réel et réglage des instruments intégrés s’appuie sur une communication série entre le microcontrôleur et l’interface utilisateur ; dysfonctionnement de l’appareil nécessite des logiciels et matériel de dépannage. S’assurer que toutes les connexions sont protégées. Surveiller la sortie série du microcontrôleur pour octets inattendus. Le programme d’interface utilisateur pour les erreurs de la sonde. Si un problème persiste, consultez un concepteur expérimenté mécatronique.
Maîtrise de l’équilibre est caractérisé par posturographique mesures dérivées de cinématiques observations de la surface de l’assise. Vous pouvez également observer le centre de pression exercée sur un plateau de force qui est en corrélation avec la surface tilt angle2, mais nécessite un équipement supplémentaire. Mesures posturographique ont fiabilité variable entre les séances2 et sensibilité variable équilibrer amélioration ou trouble19. La vitesse quadratique moyenne, moyenne, fréquence neutre et dispersion de fréquence sont des mesures posturographique communes qui ont été observés pour être linéairement indépendants des uns des autres. Envisagez de modifier le protocole d’analyse de signal pour attaquer des objectifs de l’évaluation en particulier.
L’appareil offre des stimuli vibrotactile au siège conformément à l’exécution des tâches balance. La configuration optimale du contrôle haptique fait l’objet d’une étude continue et une étape cruciale dans ce protocole, car certaines stratégies de rétroaction pourraient altérer l’apprentissage moteur20. Les méthodes de rétroaction vibrotactile existantes sont reconnus pour améliorer la fonction équilibre stationnaire et nombreuses autres tâches motrices6,7. Tacteurs siège incorporé faire la technique de rétroaction vibrotactile accessible pour les paradigmes de l’équilibre assis. Futures applications peuvent inclure des sports formation orientation spatiale, jeu de réalité virtuelle ou augmentée, formation, évaluation de la compétence de l’équilibre, recherche d’équilibre troubles et à la remise en état suite squelettiques, musculaires ou neurologiques des blessures.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Les auteurs reconnaissent les efforts de conception de l’étudiants Animesh Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Boser, Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp et Arthur Zielinski. Cette étude a été partiellement financée par une subvention à la découverte des Sciences naturelles et génie conseil de recherches du Canada (RGPIN-2014-04666).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chassis | McMaster-Carr | 8657K421 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1-1/2" Thick, 24" X 24" |
| Lid | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
| Base | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
| Grip-Tape | McMaster-Carr | 6243T471 | Nonabrasive Antislip Tape, Textured, 6" Wide Strip, 2' Long, Black |
| Base Nut | McMaster-Carr | 90596A039 | Steel Round-Base Weld Nut, 5/8"-11 Thread Size |
| Weld Plate | McMaster-Carr | 1388K142 | Low-Carbon Steel Sheet 1/16" Thick, 3" X 3", Ground Finish |
| Threaded Rod | McMaster-Carr | 90322A170 | 3" 5/16"-18 Medium-Strength Alloy Steel Threaded Stud |
| Sleeve | McMaster-Carr | 8745K19 | Chemical-Resistant PVC (Type I) Rod 1-1/4" Diameter |
| Square Flange | McMaster-Carr | 8910K395 | Low Carbon Steel Bar, 1/8" Thick, 1" Wide |
| Hitch | McMaster-Carr | 4931T123 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1-1/2" Square |
| Curved Base | McMaster-Carr | 8745K48 | PVC Rod, 6" Diameter |
| Hitch Insert | McMaster-Carr | 6535K313 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1" Square |
| Extrusion | McMaster-Carr | 6545K7 | 1045 Cold Drawn Steel Square Bar Stock, 1' X 1" Wide, Unpolished |
| Clamp | Vlier | TH103A | Adjustable Torque Knob |
| Footrest | McMaster-Carr | 6582K431 | 4130 Steel Tubing, 1" X 1" Wide, 0.065" Wall Thickness, Unpolished Mill Finish |
| Counterwieght | McMaster-Carr | 8910K67 | Low-Carbon Steel Rectangular Bar 1-1/8" Thick, 4" Width |
| Clevis Pin | McMaster-Carr | 97245A616 | Zinc-Plated Steel Clevis Pin with Hairpin Cotter Pin, 3/16" Diameter, 1-9/16" Usable Length |
| Microprocessor | Arduino | MEGA 2560 | Microcontroller board with 54 digital I/O pins and USB connection |
| Inertial Measurement Unit | x-io Technologies Ltd. | x-IMU | Inertial Measurement Unit and Attitude Heading Reference System with enclosure |
| Vibrating Tactor | Precision Microdrives | DEV-11008 | Lilypad Vibe Board, available from SparkFun Electronics |
References
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