Summary
Сидя платформа была разработана и собрана, пассивно дестабилизирует усаживания в организме человека. Во время стабилизации задачи пользователя Блок инерционных измерения записывает движения устройства, и вибрирующий элементы доставить на основе обратной связи на место. Портативный, универсальный устройство может использоваться в реабилитации, оценки и обучения парадигмы.
Abstract
Современные методы, используемые для вызов, оценки и подготовки вертикальном положении сидя, соответственно постуральной возмущений, трекинга и сенсорной обратной связи. Целью разработанный протокол является строительство и эксплуатацию сидя платформу, которая может быть пассивно дестабилизировали инерционного единицы дает количественную оценку его движения и вибрирующий элементы доставить тактильной обратной связи для пользователя. Взаимозаменяемые место вложения изменить уровень стабильности устройства безопасно проблема сидит баланс. Встроенный микроконтроллер позволяет тонкой настройки параметров обратной связи для расширения сенсорные функции. Posturographic меры, типичные протоколов оценки баланса, суммировать сигналы движения, приобретенных во время испытаний приурочен баланс. Протокол не динамический сидя на сегодняшний день обеспечивает переменную вызов, количественной оценки и сенсорной обратной связи бесплатно Лаборатория ограничений. Наши результаты показывают, что пользователей-инвалидов устройства экспозиции значительных изменений в posturographic мер при изменении баланса сложности или вибрационной обратной связи предусмотрено. Портативный, универсальный прибор имеет потенциальные применения в реабилитации (после скелетной, мышечной или неврологические травмы), обучение (для спорта или пространственной осведомленности), развлечения (через виртуальный или дополненной реальности) и исследования ( расстройств, связанных с сидя).
Introduction
Вертикальном положении сидя является необходимым условием для других человека сенсомоторной функций, включая квалифицированных движений (например, набрав) и возмущенных баланс задач (например, езда на поезде). Для восстановления и улучшения сидя и смежных функций, используются методы обучения современные баланс: Нестабильная поверхностей возмущают сидя1,2 и отслеживания движения количественно баланса знание3,4 . Результаты обучения баланс улучшить, когда вибрации доставляется к корпусу с помощью шаблонов, которые соответствуют производительность5. Такие сенсорной обратной связи очевидно эффективной реабилитации и метод обучения; Тем не менее текущие методы сенсорной обратной связи ориентированы на постоянный баланс и требует лабораторного оборудования6,7.
Цель работы, представленные здесь заключается в том, чтобы построить портативное устройство, которое может быть сидел на и пассивно дестабилизирована в различной степени, в то время как встроенные инструменты официально изложить свою позицию и доставить на поверхность сидя вибрационной обратной связи. Это сочетание инструментов объединяет предыдущие работы на колебание стулья2,4 и вибрационной обратной связи5,6,7, делая преимущества этих инструментов, более мощным и доступным. Кроме того, представлены процедуры подготовки вертикальном положении сидя и анализ количественных результатов, следуя установленным литературы на posturographic меры8. Эти методы подходят для изучения последствий сидя баланса упражнения с нестабильной поверхностью, в сочетании с вибрационной обратной связи. Ожидаемых приложений включают в себя спортивные тренировки, общее улучшение координации движений, оценки баланса знание и реабилитации после скелетной, мускулистые, или неврологические травмы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все методы, описанные здесь были одобрены Советом здравоохранения этики научных исследований из университета Альберты.
1. Строительство и монтаж структурных компонентов
- Построить интерфейс вложений для взаимозаменяемых полусферической баз: сварить базовый гайки к стальная приварная пластина.
- Использовать численные контролируется компьютером (CNC) фрезерный станок для построения цилиндрический корпус, крышка и основание из полиэтилена, как показано на рисунке 1. Болт Монтажная плита основания и на базу на шасси.
Примечание: Функции мельница для крепления болтов и других частей согласно файлов чертежей и 3D твердых моделей файлы условии (см. Дополнительные файлы 1 и 2). Все структурные компоненты имеют соответствующий твердотельной модели и чертежа, которые доступны для загрузки и может использоваться для репликации процесс строительства. - Используйте фрезерный станок для создания цилиндрического поливинилхлорид рукав, который подходит на резьбовой стержень, как показано на рисунке 1. Сделайте рукав 37 мм длиной, с наружным диаметром 32 мм.
- Сваренные стальные фланцы для каждой стороны стали сцепное устройство, как показано на рисунке 1. Болт сцепки на передней части основания.
- Использование CNC токарный станок построить 5 одинаковых баллоны из полиэтилена, каждый с высотой 63 мм и диаметром 152 мм. В центре верхней поверхности каждого цилиндра, вырезать отверстие 32 мм на глубину до 38 мм, так что он подходит цилиндрическую гильзу (увидеть шаг 1.3. выше) с некоторыми помехами.
- На нижней поверхности каждого цилиндра используйте CNC Станки токарные для резки равномерно изогнутые база с уникальным радиусом кривизны для каждого из 5 цилиндров, поддержание Общая высота 63 мм, как показано на рисунке 2.
Примечание: Радиус кривизны и высота базы определяют стабильность устройства. Предлагаемые радиусы кривизны для этой высоты находятся между 110 мм (очень нестабильная) и 250 мм (слегка неустойчивой), как показано в таблице 1. - Конструкции, нога поддержки вложение, как показано на рисунке 3, первой сварки стали толщиной 70 мм Хитч перпендикулярно вставьте один конец 575 мм сталь экструзии. На другом конце зажим 300 мм цилиндрические стальные подножку для экструзии.
Примечание: Подробные размеры, см. Дополнительные файл 1 (чертежи) и дополнительных файлов 2 (3D твердых моделей). - Используйте ленточной пилы сократить прямоугольной стальной бар (29 мм на 100 мм) длиной примерно 160 мм, так что он весит 3,6 кг. Вставка панели стали задней части шасси в противовес нога поддержки вложение, как показано на рисунке 1.
- Соберите устройство, как показано на рисунке 4. Соедините ножки, вставив Штифт цилиндрический через устройство и устройство вставки. Настройте расположение зажим на высоту отдыха желаемого ног. Проденьте стержень в базовый стад, таким образом, что приблизительно 35-мм стержень выступает из базы. Вставьте выступающую стержень в желаемой изогнутые базы.
- Применить сцепление ленты или другого подходящего обивки к крышке. Закройте крышку.
2. оснащение устройства
- Приобрести микроконтроллер (см. Таблицу материалы), инерциальные единицы и восемь вибрационных tactors. Подключите инерционного измерения единица и вибрирующие tactors к микроконтроллеру.
- Программа микроконтроллер таким, что он читает Антеро задняя (AP) и Медио боковой наклон (мл) углы от единицы измерения инерционного и выключает вибрационных tactors основе углов наклона. Просмотреть Дополнительные файл 3 (образцовый микроконтроллер сценарий) и шаг 2.2.1.
Примечание: Инерциальная измерения единиц, которые используют акселерометров и гироскопов подверженным ошибкам. Позиционные калибровки датчиков: положите устройство на ровную поверхность и использовать эту позицию как базовый для всех следующих измерений. Использование системой захвата движения или аналогичный подход для проверки измерения угла наклона и убедитесь, что они достаточно точны во всем ожидаемый диапазон использования (пространственных и временных). Убедитесь, что вибрирующие tactors работают на частоте не более чем 200 Гц, с тем чтобы побудить однозначного ответа сенсорных рецепторов в коже человека или мышцы9.- Загрузите сценарий микроконтроллер, который генерирует сигналы vibrotactile, основанные на обратной связи управляющего сигнала, который представляет собой взвешенную сумму AP (или мл) угол наклона и скорость.
Примечание: Компьютер активируется три tactors ближе к левой, правой, передней, или задней поверхности, когда сигнал управления превышает порог в этом направлении; или пять tactors если AP и мл порог превысили одновременно; ни один из tactors являются активными, когда сигнал управления находится ниже порогового значения в обоих направлениях (т.е. в зоне без-обратной связи).
- Загрузите сценарий микроконтроллер, который генерирует сигналы vibrotactile, основанные на обратной связи управляющего сигнала, который представляет собой взвешенную сумму AP (или мл) угол наклона и скорость.
- Закрепите инерционного единицы в центре шасси. Организуйте вибрационных tactors на регулярные восьмиугольника с радиусом 10 см, по центру 8 см передний центра шасси, так что они будут находиться под сиденья среднего размера человек10. Фотография одного из потенциальных расположение показано на рисунке 4.
Примечание: Если вибрирующий tactors не являются достаточно мощными, чтобы вибрировать пользователя, совершенствования взаимодействия между tactor и кожи путем вырезания отверстий в крышке и фиксирующий вибраторы для отдыха заподлицо с поверхностью. Если метод, используемый для защиты вибраторы в место гашения вибрации, рассмотрите использование двух частей крепления корпуса с свободную подходит фиксирующих PIN-код, как показано на рисунке 5. - Подключите микроконтроллер на ноутбуке или настольном компьютере через универсальной последовательной шины (USB) или другие подходящие сообщения метода. Откройте пользовательский интерфейс, показанный на рисунке 6.
Примечание: в качестве альтернативы, подключите микроконтроллер батареи или другой источник питания. Это улучшает переносимость устройства, но не исключает пользовательский интерфейс.
3. образцовое оценки и подготовки протокола
- Рекрут согласию участников, которые свободны от неврологических или опорно-двигательного расстройства и острой или хронической боли в спине. Запись, возраст, вес и высоту каждого участника. Затем для каждого участника, выполните следующую процедуру.
- Откройте пользовательский интерфейс (рис. 6). Компас график показывает угол наклона устройства плюс половина его скорость наклона в направлении AP (вертикальная ось) и направление мл (горизонтальная ось).
- Перед каждой пробной баланса поручить участник надеть шумоподавления наушники, сложите его или ее руки на груди, сохранять вертикальное положение как можно больше и устно кий экспериментатор готовности.
- Выполнять двадцать второй 30 сидящих баланс испытания в серии11, делать перерывы, как требует чтобы избежать усталости, останавливаясь в любое время при необходимости.
- Последовательность испытания следующим образом (только для примера): произвольно выбрать один из двух «базовая стабильности уровня/глаз состояние» комбинаций, называемой баланс условия (более сложной базы и глаза открытыми; или менее сложной базы и закрытыми глазами)12. Выполните четыре испытания первого состояния баланса для ознакомления участников с задачей и для идентификации соответствующего элемента управления сигнал порогов для вибрационных tactors на сиденье (см. шаг 3.4.5 ниже).
Примечание: Это более трудно поддерживать равновесие на базе с небольшого радиуса кривизны чем на базе с большим радиусом кривизны (Таблица 1 показывает относительную стабильность всех пяти сменных баз). Четыре испытания были найдены будет достаточно для достижения стабильной производительности баланс задача2. - Случайным образом выбрать три из следующих шести испытаний для испытания: Выключите вибрационных tactors для продолжительности этих испытаний. Чтобы превратить вибрационной обратной связи, или выключить, переключите обратной связи ползунок в нужное положение в пользовательском интерфейсе. Повторите эту последовательность десять испытаний для второго состояния баланса.
- Метки текущие трудности и глаз состояние, выбрав из раскрывающегося меню в разделе Суда параметров пользовательского интерфейса. Нажмите кнопку запись , чтобы начать судебный процесс.
Примечание: Безопасность участников имеет первостепенное значение. Экспериментатор должен контролировать все баланс деятельности и быть готовым оказать помощь в случае потери равновесия. Уберите все любых потенциальных опасностей и быть осведомлены о местных чрезвычайных протоколов. - Для испытаний с открытыми глазами поручить участник сосредоточиться на фиксированной точки прямо вперед, чтобы помочь сохранить равновесие. Для испытаний с закрытыми глазами используйте повязку, чтобы убедиться, что участник полностью лишен визуальной обратной связи.
Примечание: Баланс парадигм, где должно быть ограничено движение ног, приложите Супинаторы и вставить противовес под крышкой. - Алгоритм вычисляет какие пороговые значения обратной связи AP и мл для использования и отображает их в столбце Q3 пользовательского интерфейса. После четырех ознакомления судебных разбирательств Скопируйте значения, показанные в столбце Q3 в столбце записи и затем нажмите кнопку Обновить , чтобы обновить порогов обратной связи, показано на графике компас (розовый) на основании четвертого ознакомление судебное разбирательство.
Примечание: Вычисленный пороговые значения в столбце Q3 интерфейса равны Третий квартиль для каждого направления наклона (AP, мл) во время предыдущего судебного разбирательства. Данная схема обратной связи основывается на понятии что улучшена функция баланса при обратной связи оптимизирован для каждого индивидуального13,14, обеспечивая слишком много обратной связи может ущерб обучения15. После того, как были отобраны два пороговых значений для данного индивида, они могут быть неизменным для этого лица иметь возможность оценить улучшения с течением времени или с вмешательством.
- Последовательность испытания следующим образом (только для примера): произвольно выбрать один из двух «базовая стабильности уровня/глаз состояние» комбинаций, называемой баланс условия (более сложной базы и глаза открытыми; или менее сложной базы и закрытыми глазами)12. Выполните четыре испытания первого состояния баланса для ознакомления участников с задачей и для идентификации соответствующего элемента управления сигнал порогов для вибрационных tactors на сиденье (см. шаг 3.4.5 ниже).
- Как AP и мл углы наклона автоматически сохраняются, в режиме реального времени, в текстовом файле для анализа, анализировать сигналы AP и мл характеризовать сидя производительности для каждого из экспериментальных условиях.
- В времени домена, рассчитать следующие меры posturographic из серии каждый раз8: корень значит квадрат (мера дисперсии движения) и средней скорости (мера средняя угловая скорость движения).
- В частотной области, рассчитать следующие меры posturographic из серии каждый раз8: вдоль частоты (мера общей частоты движения) и частоты дисперсии (мера разница в частоте движения)8 .
- Используется линейная модель смешанного оценить и охарактеризовать последствия двух факторов фиксированными эффектами, (1 баланс состояния (стабильности уровня и глаз состояние комбинированный) и обратной связи (2) vibrotactile, на каждом из posturographic мер (зависимые переменные), Учитывая соотношение повторных измерений от каждого участника16 (один случайных эффектов фактор).
- Тест на значение фиксированных эффектов путем вычисления отношение отклонения между группы средства дисперсия остатков и сравнивая результат для F-распределения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Таблица 2 показывает, для каждого экспериментальные условия, posturographic меры, производные от наблюдения за АП и мл поддержки поверхности наклоняется, в среднем свыше 144 баланс испытания, выполняемых 12 участников (2 x 2 x 3 испытания каждого участника).
Эффект изменения состояния баланса: Базового условие был выбран, чтобы быть зависимым от глаз состояние (т.е., когда глаза были закрыты, база была более стабильной). Таким образом состояние базы и глаз вместе были рассмотрены одной независимой переменной (баланс условие). Были значительно отличаются между двумя баланс условия для корень значит квадрат, вдоль частоты и частоты дисперсии наблюдения AP наклона (F-испытания оценкам изменений, α = 0,05). Вычисленный изменений в каждой из мер (среднее и стандартное отклонение) показан на рис. 7 и 8 цифра. В соответствии с другими докладами, эти posturographic меры можно различать баланс задачи4.
Эффект изменения состояния обратной связи: Во время испытаний когда система обратной связи vibrotactile был активным, вдоль частота наблюдений наклона AP был значительно выше, чем во время испытаний управления (F-испытания оценкам изменений, α = 0,05). Вычисленный изменения в каждом из posturographic мер (среднее и стандартное отклонение) показано на рисунке 9 и 10. В соответствии с другими докладами, этот протокол обратной связи vibrotactile имеет измеримые воздействие на баланс производительности17.
Рисунок 1: взорвался мнению Ассамблеи шасси. Структурные компоненты включают в себя: (1) крышка; (2) противовеса; (3) цилиндрический корпус; (4) базовый стад; (5) устройство для крепления ноги поддержки насадки (рис. 3); (6) база; и (7,8) стержня и рукав для крепления одной из пяти сменных цилиндров (рис. 2). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
2 Рисунок: вид сбоку изогнутые базового модуля. Каждый из пяти модулей имеет общая высота 63 мм и уникальной радиус кривизны, который модулирует трудность поддержания баланса на поверхности сидя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: сборочному нога поддержки вложения. Ножки, состоящий из Хитч, зажим и площадь отделки вилка, длина 600 мм и могут быть удалены во время транспортировки устройства или разрешить пользователю качели ноги свободно во время упражнения равновесия. Подробные размеры см. Дополнительные файлы 1 (чертежи) и 2 (3D твердых моделей). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: устройство обратной связи vibrotactile для сидящих баланс оценки и подготовки кадров. (A) взорвался мнению устройства вложений. Компоненты, показанные здесь являются: (1) база, корпуса и крышки; (2 стали экструзионные для крепления для ног; (3) два Штифт цилиндрический обеспечить подножку; (4) подножку вложение регулируемой высоты; и (5) один из пяти изогнутые базовых модулей. Эти компоненты могут быть разделены для облегчения транспортировки или хранения. Подробные размеры см. Дополнительные файлы 1 (чертежи) и 2 (3D твердых моделей). (B) вид сверху фотография устройства. Крышка была удалена раскрыть электронных приборов, включая: инерциальная единицы, размещенный обычай печатный корпус (центр); доску микроконтроллер с подключением универсальной последовательной шины (слева); восемь электронных вибраторов в обычай печатный корпуса (середине региона); и стальной бар (вверху), чтобы уравновесить подножку эта цифра была изменена с Williams et al. 18 . Переиздано с разрешения ASME, от «Дизайн и оценки инструментированный раскачиваться Совет для оценки и подготовки динамических сидящих равновесия» в журнал биомеханической инженерной, AD Уильямс, QA Boser, как Kumawat, K Агарвал, Рухани H, AH Ветте (Vette), vol. 140, апреля 2018; разрешение, передал через авторское право Распродажа центр, Inc пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: 2 часть монтаж шкафа для вибрационных tactors. 4 мм отверстие в корпусе tactor (вверху) установлены свободно на 3 мм, обнаружение ПИН в монтажной платформой (внизу) для сведения к минимуму гашение вибрации. Подробные размеры см. Дополнительные файлы 1 (чертежи) и 2 (3D твердых моделей). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: Пользовательский интерфейс. Этот пользовательский интерфейс позволяет пользователям выбирать vibrotactile порогов обратной связи и получения данных. Длина и направление вектора на графике пропорциональны кинематики устройства. Прямоугольника отражает AP и мл пороговые значения для обратной связи. Этот рисунок был изменен из Williams et al. 18 . Переиздано с разрешения ASME, от «Дизайн и оценки инструментированный раскачиваться Совет для оценки и подготовки динамических сидящих равновесия» в журнал биомеханической инженерной, AD Уильямс, QA Boser, как Kumawat, K Агарвал, Рухани H, AH Ветте (Vette), vol. 140, апреля 2018; разрешение, передал через авторское право Распродажа центр, Inc пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7: результаты задач манипуляции в времени домен. Изменение домена времени posturographic меры, когда участники закрыть глаза и одновременно переключиться на более стабильную базу (среднее и стандартное отклонение; звездочка представляет значительные изменения по F-тест, α = 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8: результаты задач манипуляции в частотной области. Изменения в частотной области posturographic меры, когда участники закрыть глаза и одновременно переключиться на более стабильную базу (среднее и стандартное отклонение; звездочки представляют значительные изменения по F-тест, α = 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9: результаты vibrotactile обратной связи в времени домен. Изменение домена времени posturographic меры, когда участники обеспечиваются на основе производительности vibrotactile обратной связи (среднее и стандартное отклонение; изменения не были статистически значимыми согласно F-тест, α = 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 10: результаты vibrotactile обратной связи в частотной области. Изменить в частотной области posturographic меры, когда участники обеспечиваются на основе производительности vibrotactile обратной связи (среднее и стандартное отклонение; звездочка представляет значительные изменения по F-тест, α = 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
| Радиус кривизны (cm) | ||
| Большинство стабильной | 25 | Менее трудно сбалансировать |
| 20 | ||
| 15 | ||
| 13 | ||
| Наименее стабильным | 11 | Более трудно сбалансировать |
Таблица 1: геометрические свойства взаимозаменяемые баз. Общая высота каждого базового модуля-63 мм; Таким образом база с меньший радиус кривизны, при подключении к устройству, является менее стабильной, чем база с большим радиусом кривизны.
| Posturographic мера | Направление наклона | Экспериментальные условия | |||
| Открытыми глазами | Закрытые глаза | ||||
| Очень нестабильной поверхности | Слегка неустойчивой поверхности | ||||
| Вибрация | Вибрация | Вибрация | Вибрация | ||
| Выкл | На | Выкл | На | ||
| Корень значит квадрат | Антеро задняя | 1.60 | 1.62 | 2.01 | 1,70 |
| [градусов] | Медио боковое | 1.53 | 1.61 | 1.80 | 1.74 |
| Означает скорость | Антеро задняя | 2,75 | 3.01 | 2,85 | 2.94 |
| [градусов/сек] | Медио боковое | 3.04 | 3.14 | 3.38 | 3.44 |
| Вдоль частота | Антеро задняя | 0.418 | 0.449 | 0.370 | 0.423 |
| [Гц] | Медио боковое | 0.462 | 0.467 | 0.465 | 0.471 |
| Дисперсия частоты | Антеро задняя | 0.659 | 0.654 | 0.685 | 0.661 |
| [-] | Медио боковое | 0.651 | 0.651 | 0.662 | 0.669 |
Таблица 2: результаты баланс и обратной связи условиями. Резюме мер, производный от AP и мл наклоняется во время нестабильных сидя испытаний. Поддержка поверхности стабильности плюс состояние глаз, а также уровень вибрации являются манипулировать переменными. Средняя меры были рассчитаны на всех участников.
Дополнительный файл 1: Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл 2: Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл 3: Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Представлены методы для создания устройства портативные, инструментальной, сидя. Прибор портативный и прочный, строительство на предыдущих исследований раскачиваться стулья2,4 и вибрационной обратной связи5,6,7 сделать преимущества этих инструментов, более мощным и доступным . Следуйте с протоколом Ассамблеи в обратном направлении, чтобы подготовить устройство для транспортировки или хранения. Сложность задачи баланс можно модулировать путем присоединения баз с различными изгибов. Выбор задачи сложности является критически важным; Пользователи должны быть дестабилизированным для облегчения активного обучения без риска травмы.
В реальном времени наблюдения и регулировка встроенных инструментов зависит от последовательной связи между микроконтроллера и пользовательский интерфейс; дисфункция устройства требует программного обеспечения и аппаратных неполадок. Убедитесь, что все аппаратные соединения являются безопасными. Следить за последовательный вывод микроконтроллера для неожиданных байт. Зонд программа-интерфейс пользователя на наличие ошибок. Если проблема не устранена, проконсультироваться с опытным мехатроника дизайнер.
Знание баланс характеризуется posturographic мер, производный от кинематической наблюдений поверхности сидя. Кроме того наблюдать за центр давления на сил плиты, который коррелирует с углом наклона поверхности2, но требует дополнительного оборудования. Posturographic меры имеют различные надежности между сессиями2 и различной чувствительностью к баланс улучшения или расстройство19. Корень значит квадрат, средняя скорость, вдоль частоты и частоты дисперсии являются общие posturographic меры, которые были замечены линейно независимы друг от друга. Попробуйте изменить протокол анализа сигналов для решения задач конкретной оценки.
Прибор обеспечивает vibrotactile раздражителей на место в соответствии с баланса производительности задач. Оптимальная настройка управления тактильной обратной связи является предметом постоянного изучения и важнейшим шагом в этом протоколе, как определенные стратегии обратной связи может ухудшить Мотор обучения20. Доказано, что существующие методы обратной связи vibrotactile улучшить функцию постоянного баланса и многие другие моторные задачи6,7. Встроенное сиденье tactors сделать технику обратной связи vibrotactile доступной для сидящих баланс парадигмы. Будущих приложений могут включать в себя спортивный обучения, пространственной ориентации обучения, виртуальный или Расширенная реальность игры, оценки баланса знание, исследования баланса расстройств и реабилитации после скелетной, мускулистые, или неврологические травмы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Авторы признают усилия дизайн студентов Animesh Singh Kumawat, Kshitij Агарвал, Quinn Boser, Бенджамин Cheung, Кэролайн Коллинз, Сара Lojczyc, Дерек Schlenker, Кэтрин шоп и Артур Зелински. Это исследование финансировалось частично обнаружения грант от естественных наук и инженерных исследований Совет Канады (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
- Behm, D. G., Muehlbauer, T., Kibele, A., Granacher, U. Effects of Strength Training Using Unstable Surfaces on Strength, Power and Balance Performance Across the Lifespan: A Systematic Review and Meta-analysis. Sports Medicine. 45, 1645-1669 (2015).
- Larivière, C., Mecheri, H., Shahvarpour, A., Gagnon, D., Shirazi-Adl, A. Criterion validity and between-day reliability of an inertial-sensor-based trunk postural stability test during unstable sitting. Journal of Electromyography and Kinesiology. 23, 899-907 (2013).
- Paillard, T., Noé, F. Techniques and Methods for Testing the Postural Function in Healthy and Pathological Subjects. BioMed Research International. 2015, (2015).
- Williams, J., Bentman, S. An investigation into the reliability and variability of wobble board performance in a healthy population using the SMARTwobble instrumented wobble board. Physical Therapy in Sport. 25, 108 (2017).
- Wall, C., Kentala, E. Effect of displacement, velocity, and combined vibrotactile tilt feedback on postural control of vestibulopathic subjects. Journal of Vestibular Research. 20, 61-69 (2010).
- Alahakone, A. U., Arosha Senanayake,, N, S. M. Vibrotactile feedback systems: Current trends in rehabilitation, sports and information display. IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. , 1148-1153 (2009).
- Shull, P. B., Damian, D. D. Haptic wearables as sensory replacement, sensory augmentation and trainer - a review. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 12, 12-59 (2015).
- Prieto, T. E., Myklebust, J. B., Hoffmann, R. G., Lovett, E. G., Myklebust, B. M. Measures of postural steadiness: Differences between healthy young and elderly adults. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 43, 956-966 (1996).
- Ribot-Ciscar, E., Vedel, J. P., Roll, J. P. Vibration sensitivity of slowly and rapidly adapting cutaneous mechanoreceptors in the human foot and leg. Neuroscience Letters. , 130-135 (1989).
- Churchill, E., McConville, J. T. Sampling and Data Gathering Strategies for Future USAF Anthropometry. , (1976).
- Lee, H., Granata, K. P. Process stationarity and reliability of trunk postural stability. Clinical Biomechanics. 23, 735-742 (2008).
- Silfies, S. P., Cholewicki, J., Radebold, A. The effects of visual input on postural control of the lumbar spine in unstable sitting. Human Movement Science. 22, 237-252 (2003).
- Loughlin, P., Mahboobin, A., Furman, J. Designing vibrotactile balance feedback for desired body sway reductions. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 1310-1313 (2011).
- Goodworth, A. D., Wall, C., Peterka, R. J. Influence of feedback parameters on performance of a vibrotactile balance prosthesis. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 17, 397-408 (2009).
- Marchal-Crespo, L., Reinkensmeyer, D. J. Review of control strategies for robotic movement training after neurologic injury. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6, 20-35 (2009).
- Lee, B., Kim, J., Chen, S., Sienko, K. H. Cell phone based balance trainer. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 1-14 (2012).
- Sienko, K. H., Balkwill, M. D., Wall, C. Biofeedback improves postural control recovery from multi-axis discrete perturbations. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 53-64 (2012).
- Williams, A., et al. Design and Evaluation of an Instrumented Wobble Board for Assessing and Training Dynamic Seated Balance. Journal of Biomechanical Engineering. 140, 1-10 (2017).
- van Dieën, J. H., Koppes, L. L. J., Twisk, J. W. R. Postural sway parameters in seated balancing; their reliability and relationship with balancing performance. Gait Posture. 31, 42-46 (2010).
- Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: A review. Psychonomic Bulletin and Review. 20, 21-53 (2013).
