Summary
Una piattaforma di seduta è stata sviluppata e assemblata che destabilizza passivamente la postura da seduti in esseri umani. Durante la stabilizzazione dell'attività dell'utente, un'unità di misura inerziale registra movimento del dispositivo ed elementi vibranti forniscono feedback basato su prestazioni al sedile. Il dispositivo portatile e versatile può essere utilizzato in paradigmi di formazione, valutazione e riabilitazione.
Abstract
Perturbazioni posturali, tracciamento del movimento e feedback sensoriale sono moderne tecniche utilizzate per sfida, valutare e treno seduto in posizione verticale, rispettivamente. L'obiettivo del protocollo sviluppato è quello di costruire e gestire una piattaforma di seduta che può essere passivamente destabilizzata, mentre un'unità di misura inerziale quantifica il suo moto ed elementi vibranti forniscono feedback tattile all'utente. Gli allegati intercambiabili sedile alterano il livello di stabilità del dispositivo in modo sicuro sfida seduta equilibrio. Un microcontrollore integrato permette di fine-tuning dei parametri feedback per aumentare la funzione sensitiva. Misure posturographic, tipici dei protocolli di valutazione di equilibrio, di riassumono i segnali di movimento acquisiti durante le prove cronometrate equilibrio. Nessun protocollo di seduta dinamica per data fornisce sfida variabile, quantificazione e feedback sensoriale senza vincoli di laboratorio. I nostri risultati dimostrano che gli utenti non disabili delle modifiche significative mostre dispositivo nelle misure degli quando difficoltà di equilibrio è alterato o vibrazionale feedback fornito. Il dispositivo portatile e versatile ha applicazioni potenziali in riabilitazione (dopo lesione scheletrica, muscolare o neurologica), formazione (per sport o consapevolezza spaziale), intrattenimento (via virtuale o augmented reality) e ricerca (di disordini di seduta).
Introduction
Seduta dritta è un prerequisito per altre funzioni sensitivo-motorie umane, compresi i movimenti esperti (ad esempio, digitando) e perturbato equilibrio attività (ad es., cavalcando un treno). Per riabilitare e migliorare le funzioni di seduta e correlate, vengono utilizzate tecniche di allenamento moderno equilibrio: superfici instabili perturbano seduta1,2 e tracciamento del movimento quantifica equilibrio competenza3,4 . Esiti di formazione equilibrio migliorano quando vibrazione viene consegnato al corpo con modelli che corrispondono a prestazioni5. Tale feedback sensoriale è evidentemente efficace come una riabilitazione e metodo di allenamento; ancora, gli attuali metodi di feedback sensoriale sono orientati verso l'equilibrio in piedi e richiedono apparecchiature basate su laboratorio6,7.
Lo scopo del lavoro qui presentato è quello di costruire un dispositivo portatile che può essere seduto sopra e destabilizzato passivamente ai vari gradi, mentre strumenti integrati registrare la propria posizione e forniscono feedback vibrazionale per la superficie di seduta. Questa combinazione di strumenti integra il lavoro precedente il wobble sedie2,4 e vibrazionale feedback5,6,7, rendendo i benefici di questi strumenti, più potente e accessibile. Sono anche presentati una procedura addestrare seduta dritta e un'analisi dei risultati quantitativi, seguendo la letteratura stabilita su misure degli8. Questi metodi sono adatti per lo studio degli effetti della seduta equilibrio esercizio con una superficie instabile quando combinato con feedback vibrazionale. Attese applicazioni includono formazione sportiva, generale miglioramento della coordinazione motoria, valutazione del pregiudizio equilibrio competenza e in seguito di riabilitazione scheletrico, muscolare o neurologica.
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Protocol
Tutti i metodi descritti qui sono stati approvati dal comitato di etica della ricerca salute dell'Università di Alberta.
1. costruzione e montaggio di componenti strutturali
- Costruire un'interfaccia di attacco per basi semisferiche intercambiabili: saldare un dado di base ad una piastra in acciaio saldatura.
- Utilizzare un controllo numerico (CNC) Fresatrice per costruire un telaio cilindrico, coperchio e base in polietilene come mostrato in Figura 1. Bullone piastra di base per la base e la base al telaio.
Nota: Le caratteristiche di mulino per il fissaggio dei bulloni e altre parti sono secondo i file di disegno e modello solido 3D file fornito (Vedi supplementari file 1 e 2). Tutti i componenti strutturali hanno un corrispondente modello solido e disegno che sono disponibili per il download e può essere utilizzato per replicare il processo di costruzione. - Utilizzare una fresatrice per costruire una manica di cloruro di polivinile cilindrica che si inserisce su una barra filettata, come illustrato nella Figura 1. Rendere il manicotto 37 mm di lunghezza, con un diametro esterno di 32 mm.
- Saldatura, flange in acciaio per ogni lato di un gancio di traino in acciaio, come mostrato nella Figura 1. Bullone attacco alla parte anteriore della base.
- Utilizzare un tornio CNC per costruire 5 cilindri identici da polietilene, ciascuno con un'altezza di 63 mm e un diametro di 152 mm. Nel centro della superficie superiore di ogni cilindro, tagliare un foro 32 mm ad una profondità di 38 mm in modo che si adatta il manicotto cilindrico (vedere passaggio 1.3. sopra) con qualche interferenza.
- Sulla superficie inferiore di ogni cilindro, è necessario utilizzare una macchina di tornitura CNC per tagliare una base curva uniformemente con un unico raggio di curvatura per ognuno dei 5 cilindri, mantenendo l'altezza complessiva di 63 mm, come mostrato nella Figura 2.
Nota: Il raggio di curvatura e l'altezza della base determinano la stabilità del dispositivo. Suggerito raggi di curvatura per questa altezza sono tra 110 mm (molto instabile) e 250 mm (leggermente instabile), come illustrato nella tabella 1. - Costrutto di un allegato di supporto gamba come mostrato nella Figura 3, saldando prima un acciaio 70mm hitch inserire perpendicolarmente ad una estremità di un'estrusione di 575 mm in acciaio. A altra estremità, morsetto un poggiapiedi in acciaio cilindrici 300 mm per l'estrusione.
Nota: Per dimensioni parte dettagliata, vedere complementare File 1 (disegni) e complementare File 2 (modelli solidi 3D). - Utilizzare una sega a nastro per tagliare una barra (29 mm per 100 mm) di acciaio rettangolare ad una lunghezza di circa 160 mm, in modo che pesa 3,6 kg. Inserire la barra d'acciaio sul retro del telaio per controbilanciare l'allegato supporto gamba, come illustrato nella Figura 1.
- Montare il dispositivo come mostrato in Figura 4. Collegare il supporto inserendo perni attraverso l'intoppo e inserto del legamento. Regolare la posizione del morsetto per l'altezza di riposo desiderato del piede. Infilare l'asta nel perno base tale che sporge di circa 35 mm dell'asta dalla base. Inserire l'asta sporgente nella base curva desiderata.
- Applicare il nastro grip o un altro rivestimento adatto al coperchio. Mettere il coperchio.
2. il dispositivo di strumentazione
- Acquisire un microcontrollore (Vedi la Tabella materiali), un'unità di misura inerziale e otto contattori vibrante. Collegare i contattori di unità e di vibrazione di misura inerziale al microcontrollore.
- Programma del microcontrollore tale legge antero-posteriore (AP) e medio-laterale (ML) inclinazione angoli dall'unità di misura inerziale e attiva o disattiva la vibrazione contattori basato sugli angoli di inclinazione. Vedi complementare 3 File (script di esemplare microcontrollore) e punto 2.2.1.
Nota: Unità di misura inerziale che utilizzano accelerometri e giroscopi sono soggette a errori. Eseguire una calibrazione posizionale dei sensori: appoggiare il dispositivo su una superficie piana e utilizzare questa posizione come punto di partenza per tutte le seguenti misure. Utilizzare un sistema di motion capture o un approccio simile per convalidare le misure di angolo di inclinazione e assicurare che esse siano sufficientemente accurate in tutto l'intervallo previsto di uso (spaziale e temporale). Garantire che la vibrante contattori funzionano a una frequenza di non più di 200 Hz, in modo da indurre una risposta individuale dei recettori sensoriali in pelle umana o muscolo9.- Caricare lo script di microcontrollore che genera segnali di vibrotactile basati su un segnale di controllo di retroazione che rappresenta una somma ponderata di AP (o ML) angolo di inclinazione e velocità.
Nota: Il computer attiva tre contattori più vicini alla parte anteriore di destra, di sinistra, o quella posteriore della superficie quando il segnale di controllo supera una soglia in quella direzione; o cinque contattori se una soglia di AP e ML sono superate contemporaneamente; nessuno dei contattori sono attivi quando il segnale di controllo è inferiore alla soglia in entrambe le direzioni (cioè, nella zona di no-feedback).
- Caricare lo script di microcontrollore che genera segnali di vibrotactile basati su un segnale di controllo di retroazione che rappresenta una somma ponderata di AP (o ML) angolo di inclinazione e velocità.
- Fissare l'unità di misura inerziale nel centro del telaio. Organizzare la vibrante contattori su un ottagono regolare con un raggio di 10 cm, centrato 8 cm anteriore del centro del telaio, in modo che essi si trovano sotto il sedile di una persona di media grandezza10. Una fotografia di una potenziale è illustrata nella Figura 4.
Nota: Se i contattori vibrante non sono abbastanza potenti per vibrare l'utente, per migliorare l'interfaccia tra incorporato e pelle tagliando fori nel coperchio e fissazione i vibratori per riposare filo con la superficie. Se il metodo utilizzato per proteggere i vibratori in luogo causa smorzamento delle vibrazioni, è consigliabile utilizzare un recinto di montaggio di due parti con un perno di posizionamento loose-fit, come mostrato nella Figura 5. - Collegare il microcontrollore per un computer portatile o desktop computer tramite un bus seriale universale (USB) o altro metodo di comunicazione adatto. Aprire l'interfaccia utente, illustrato nella Figura 6.
Nota: In alternativa, collegare il microcontrollore per una batteria o altra fonte di alimentazione. Ciò migliora la portabilità del dispositivo, ma preclude un'interfaccia utente.
3. valutazione esemplare e protocollo di allenamento
- Reclutare partecipanti consenzienti che sono privi di disturbi neurologici o muscolo-scheletrici e mal di schiena acuto o cronico. Registrare l'età, il peso e l'altezza di ogni partecipante. Quindi, per ogni partecipante, eseguire la procedura seguente.
- Aprire l'interfaccia utente (Figura 6). Il grafico bussola Mostra angolo di inclinazione del dispositivo oltre la metà la velocità di inclinazione nella direzione di AP (asse verticale) e ML direzione (asse orizzontale).
- Prima di ogni prova di equilibrio, istruire il partecipante di indossare cuffie noise-cancelling, piegare la sua o le braccia sul petto, mantenere una postura eretta per quanto possibile e cue verbalmente lo sperimentatore di essere pronto.
- Eseguire venti 30 secondi seduti equilibrio prove serie11, prendendo le pause quanto garantito per evitare l'affaticamento, fermandosi in qualsiasi momento, se necessario.
- Le prove di sequenza come segue (esempio): selezionare casualmente una delle due combinazioni "base condizione di livello/occhio di stabilità", in prosieguo denominati bilanciare le condizioni (base più difficile e base aperta; o meno difficile gli occhi e gli occhi chiusi)12. Eseguire quattro prove la prima condizione di equilibrio per familiarizzare il partecipante con l'attività e per identificare le soglie di segnale di controllo appropriato per i contattori vibrazione sul sedile (vedere il passaggio 3.4.5 qui sotto).
Nota: È più difficile mantenere l'equilibrio su una base con un piccolo raggio di curvatura rispetto su una base con un grande raggio di curvatura (la tabella 1 Mostra la stabilità relativa di tutte le cinque basi intercambiabili). Quattro studi sono stati trovati per essere sufficiente per raggiungere una prestazione stabile di equilibrio attività2. - Selezionare casualmente tre delle prove successive sei essere prove di controllo: spegnere i contattori vibrante per la durata di queste prove. Per attivare il feedback vibrazionale o disattivare, attivare o disattivare il dispositivo di scorrimento sull'impostazione desiderata nell'interfaccia utente di Feedback . Ripetere questa sequenza di dieci prove per la seconda condizione di equilibrio.
- Etichettare la condizione di difficoltà e occhio corrente selezionando dal menu a discesa nella sezione Parametri di prova dell'interfaccia utente. Fare clic su Record per iniziare la prova.
Nota: La sicurezza dei partecipanti è fondamentale. Lo sperimentatore deve supervisionare tutte le attività di equilibrio e preparato ad assistere in caso di perdita di equilibrio. Cancellare l'area di ogni potenziale pericolo ed essere consapevoli di protocolli di emergenza locale. - Per le prove con gli occhi aperti, istruire i partecipanti a concentrarsi su un punto fisso dritto per aiutare a mantenere l'equilibrio. Per le prove con gli occhi chiusi, è possibile utilizzare una benda per garantire che il partecipante è completamente priva di feedback visivo.
Nota: Per paradigmi di equilibrio dove il movimento dei piedi dovrebbe essere limitato, montare il supporto del piede e inserire il contrappeso sotto il coperchio. - Un algoritmo calcola quali soglie di feedback AP e ML da utilizzare e li Visualizza nella colonna Q3 dell'interfaccia utente. Dopo quattro prove di familiarizzazione, copiare i valori riportati nella colonna Q3 nella colonna scrivere e quindi fare clic su Aggiorna per aggiornare le soglie di feedback mostrate sul grafico bussola (pink) basato sulla familiarizzazione quarta versione di prova.
Nota: I valori di soglia calcolata visualizzati nella colonna Q3 dell'interfaccia sono uguali per il terzo quartile per ogni direzione di inclinazione (AP, ML) durante la prova precedente. Questo schema di feedback si basa sulla nozione che la funzione dell'equilibrio è migliorato quando feedback è ottimizzata per ogni singolo13,14, fornendo al contempo troppo feedback può scapito15di apprendimento. Una volta che i valori di due soglia sono stati selezionati per un dato individuo, può essere mantenuti costante per quell'individuo di essere in grado di valutare i miglioramenti nel tempo o con un intervento.
- Le prove di sequenza come segue (esempio): selezionare casualmente una delle due combinazioni "base condizione di livello/occhio di stabilità", in prosieguo denominati bilanciare le condizioni (base più difficile e base aperta; o meno difficile gli occhi e gli occhi chiusi)12. Eseguire quattro prove la prima condizione di equilibrio per familiarizzare il partecipante con l'attività e per identificare le soglie di segnale di controllo appropriato per i contattori vibrazione sul sedile (vedere il passaggio 3.4.5 qui sotto).
- Come l'AP e ML inclinazioni vengono automaticamente archiviati, in tempo reale, in un file di testo per l'analisi, analizzare i segnali AP e ML a caratterizzare la seduta prestazioni per ciascuna delle condizioni sperimentali.
- Nel dominio del tempo, calcolare le seguenti misure posturographic da ogni tempo serie8: root-mean-square (una misura della varianza del movimento) e la velocità media (una misura della velocità angolare media del moto).
- Nel dominio di frequenza, calcolare le seguenti misure posturographic da ogni tempo serie8: frequenza baricentrico (una misura di frequenza complessiva di movimento) e dispersione di frequenza (una misura della varianza nella frequenza di movimento)8 .
- Utilizza un modello misto lineare per stimare e caratterizzare gli effetti di due fattori di fisso-effetti, (1) la condizione di equilibrio (livello e occhio condizione di stabilità combinati) e (2) vibrotactile feedback, su ciascuna delle misure degli (variabili dipendenti), considerando la correlazione di misurazioni ripetute da ogni partecipante16 (un fattore di effetti casuali).
- Test per la rilevanza degli effetti fissi calcolando il rapporto della varianza tra i mezzi di gruppo per la varianza dei residui e confrontando il risultato di una distribuzione F.
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Representative Results
La tabella 2 Mostra, per ogni condizione sperimentale, le misure degli ricavati da osservazioni l'AP e ML inclinazioni superficie di supporto, una media di oltre 144 equilibrio prove eseguite da 12 partecipanti (2 x 2 x 3 prove per ogni partecipante).
Effetto di cambiare la condizione di equilibrio: La condizione di base è stato scelto per essere dipende la condizione dell'occhio (cioè, quando gli occhi erano chiusi, la base era più stabile). Così, la condizione di base e occhio insieme erano considerati una variabile indipendente (condizione di equilibrio). Osservazioni di inclinazione AP erano significativamente differenti fra le condizioni di due equilibrio per root-mean-square, baricentrico frequenza e dispersione di frequenza (secondo F-test del cambiamento stimato, α = 0,05). Il cambiamento computato in ciascuna delle misure (media e deviazione standard) è illustrato nella Figura 7 e Figura 8. Costante con altri rapporti, queste misure posturographic possono discriminare tra equilibrio attività4.
Effetto di cambiare la condizione di Feedback: Durante le prove quando il sistema di feedback di vibrotactile era attivo, la frequenza baricentrico delle osservazioni di inclinazione AP era significativamente superiore durante le prove di controllo (secondo F-test del cambiamento stimato, α = 0,05). Il cambiamento computato in ciascuna delle misure degli (media e deviazione standard) è mostrato in Figura 9 e Figura 10. Costante con altri rapporti, questo protocollo di feedback di vibrotactile ha un effetto misurabile su equilibrio prestazioni17.
Figura 1: vista esplosa dell'Assemblea telaio. Componenti strutturali includono: (1) coperchio; (2) contrappeso; (3) cilindrici telaio; (4) base stud; (5) gancio per il fissaggio di attaccamento di gamba supporto (Figura 3); (6) base; e asta (7,8) e manica per il fissaggio di uno dei cinque cilindri intercambiabili (Figura 2). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Vista laterale di un modulo base curvo. Ciascuno dei cinque moduli ha un'altezza totale di 63 mm e un unico raggio di curvatura, che modula la difficoltà di mantenere l'equilibrio sulla superficie di seduta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: vista esplosa del collegamento di supporto della gamba. Il supporto, costituito da un intoppo, morsetto e piazza finitura spina, è lunga 600 mm e può essere rimosso durante il trasporto del dispositivo o per consentire all'utente di oscillare liberamente le gambe durante l'esercizio di equilibrio. Per dimensioni parte dettagliata, vedere complementare file 1 (disegni) e 2 (modelli solidi 3D). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: un dispositivo di feedback di vibrotactile per la valutazione di equilibrio seduti e formazione. (A) vista esplosa di allegati del dispositivo. I componenti riportati sono: (1) la base, il telaio e il coperchio; (2) l'estrusione in acciaio per il fissaggio del poggiapiedi; (3) due perni per fissare il poggiapiedi; (4) l'allegato poggiapiedi regolabile in altezza; e (5) uno dei cinque moduli base ondulati. Questi componenti possono essere separati per facilitare il trasporto o lo stoccaggio. Per dimensioni parte dettagliata, vedere complementare file 1 (disegni) e 2 (modelli solidi 3D). (B) fotografia di vista superiore del dispositivo. Il coperchio è stato rimosso per rivelare la strumentazione elettronica, tra cui: un'unità di misura inerziale ospitata da un recinto di stampa personalizzata (centro); un bordo del microcontroller con collegamento universal serial bus (a sinistra); otto vibratori elettronici tenuti in recinti stampa personalizzata (MID-Regione); e una barra (in alto) per controbilanciare la pedana d'acciaio questa figura è stata modificata da Williams et al. 18 . Ripubblicato con il permesso di ASME, da "Design e valutazione di an instrumentati oscillare per valutazione e formazione dinamica seduti Balance Board" in Journal of Engineering biomeccanica, annuncio Williams, QA Boser, AS Emiliano, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, aprile 2018; autorizzazione veicolata attraverso Copyright Clearance Center, Inc. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: due parti di montaggio per vibranti contattori. Un foro di 4 mm nel recinto incorporato (in alto) montato senza bloccare il perno di posizionamento della piattaforma di montaggio (in basso) da 3 mm per ridurre al minimo delle vibrazioni. Per dimensioni parte dettagliata, vedere complementare file 1 (disegni) e 2 (modelli solidi 3D). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: interfaccia utente. Questa interfaccia utente consente agli utenti di selezionare vibrotactile soglie di feedback e di acquisire i dati. La lunghezza e la direzione del vettore sul grafico sono proporzionali la cinematica del dispositivo. Il rettangolo riflette le soglie di AP e ML per il feedback. Questa figura è stata modificata da Williams et al. 18 . Ripubblicato con il permesso di ASME, da "Design e valutazione di an instrumentati oscillare per valutazione e formazione dinamica seduti Balance Board" in Journal of Engineering biomeccanica, annuncio Williams, QA Boser, AS Emiliano, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, aprile 2018; autorizzazione veicolata attraverso Copyright Clearance Center, Inc. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: risultati di manipolazione di attività nel dominio del tempo. Cambiamento nel dominio del tempo degli misure quando i partecipanti chiudono gli occhi e contemporaneamente passa a una base più stabile (media e deviazione standard; asterisco rappresenta cambiamento significativo secondo test F, α = 0,05). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: risultati della manipolazione di attività nel dominio della frequenza. Cambiamento in frequenza-dominio degli misure quando i partecipanti chiudono gli occhi e contemporaneamente passa a una base più stabile (media e deviazione standard; gli asterischi rappresentano un cambiamento significativo secondo test F, α = 0,05). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9: risultati di vibrotactile feedback nel dominio del tempo. Cambiamento nel dominio del tempo degli misure quando i partecipanti sono forniti con feedback basati sulle prestazioni vibrotactile (media e deviazione standard; non ci erano cambiamenti statisticamente significativi secondo test F, α = 0,05). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10: risultati di vibrotactile feedback nel dominio della frequenza. Cambiare in misure di frequenza-dominio degli quando i partecipanti sono forniti con feedback basati sulle prestazioni vibrotactile (media e deviazione standard; asterisco rappresenta cambiamento significativo secondo test F, α = 0,05). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Raggio di curvatura (cm) | ||
| La maggior parte stabile | 25 | Meno difficile da bilanciare |
| 20 | ||
| 15 | ||
| 13 | ||
| Almeno stabile | 11 | Più difficile trovare un equilibrio |
Tabella 1: proprietà geometriche delle basi intercambiabili. L'altezza totale di ogni modulo base è di 63 mm; così, una base con un più piccolo raggio di curvatura, quando collegato al dispositivo, è meno stabile di una base con un più grande raggio di curvatura.
| Misura degli | Direzione di inclinazione | Condizione sperimentale | |||
| Occhi aperti | Occhi chiusi | ||||
| Superficie molto instabile | Superficie leggermente instabile | ||||
| Vibrazione | Vibrazione | Vibrazione | Vibrazione | ||
| Fuori | Il | Fuori | Il | ||
| Root-Mean-Square | Antero-posteriore | 1.60 | 1,62 | 2.01 | 1.70 |
| [i gradi] | Medio-laterale | 1,53 | 1.61 | 1.80 | 1.74 |
| Velocità media | Antero-posteriore | 2,75 | 3.01 | 2.85 | 2.94 |
| [gradi/s] | Medio-laterale | 3.04 | 3.14 | 3.38 | 3.44 |
| Frequenza baricentrico | Antero-posteriore | 0.418 | 0.449 | 0.370 | 0,423 |
| [Hz] | Medio-laterale | 0,462 | 0,467 | 0.465 | 0.471 |
| Dispersione di frequenza | Antero-posteriore | 0.659 | 0.654 | 0.685 | 0,661 |
| [-] | Medio-laterale | 0.651 | 0.651 | 0.662 | 0.669 |
Tabella 2: risultati da condizioni di equilibrio e feedback. Riepilogo misure derivate da AP e ML si inclina durante le prove di seduta instabile. Supportano la stabilità superficiale plus condizione occhio così come il livello di vibrazioni sono le variabili manipolate. Misure media sono state calcolate in tutti i partecipanti.
File supplementari 1: Per favore clicca qui per scaricare questo file.
File supplementari 2: Per favore clicca qui per scaricare questo file.
File supplementari 3: Per favore clicca qui per scaricare questo file.
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Discussion
Metodi per la costruzione di un dispositivo portatile, strumentato, seduta sono presentati. Il dispositivo è portatile e durevole, costruzione su precedenti studi di vacillazione sedie2,4 e vibrazionale feedback5,6,7 per rendere i benefici di questi strumenti più potenti e accessibili . Seguire il protocollo dell'Assemblea in senso inverso per preparare il dispositivo per il trasporto o lo stoccaggio. La difficoltà del compito di equilibrio può essere modulata da associare con curvature diverse basi. La selezione di difficoltà del compito è critica; Gli utenti dovrebbero essere destabilizzati per facilitare la formazione attiva senza rischiare lesioni.
Osservazione in tempo reale e la regolazione degli strumenti incorporati si basa sulla comunicazione seriale tra il microcontrollore e l'interfaccia utente; disfunzione del dispositivo richiede la risoluzione dei problemi hardware e software. Garantire che tutte le connessioni hardware siano sicure. Monitorare l'uscita seriale del microcontrollore per byte imprevisti. Il programma di interfaccia utente per gli errori della sonda. Se il problema persiste, consultare un designer esperto di meccatronica.
Competenza di equilibrio è caratterizzato da misure degli ricavati da osservazioni cinematiche la superficie di seduta. In alternativa, osservare il centro di pressione esercitata su un piatto di forza, che correla con l' angolo di inclinazione superficie2, ma richiede apparecchiature aggiuntive. Misure degli hanno diversa affidabilità tra sessioni2 e diverse sensibilità al miglioramento dell'equilibrio o disordine19. La root-mean-square, media velocità, frequenza baricentrico e dispersione di frequenza sono comuni misure posturographic che sono stati osservati per essere linearmente indipendenti uno da altro. È consigliabile modificare il protocollo di analisi del segnale per affrontare obiettivi di valutazione particolare.
Il dispositivo eroga vibrotactile stimoli al sedile in conformità con la prestazione di attività di equilibrio. La configurazione ottimale di controllo feedback tattile è oggetto di continuo studio e un passo fondamentale in questo protocollo, come certe strategie di feedback possono compromettere apprendimento motorio20. I metodi di feedback esistenti di vibrotactile hanno dimostrati di migliorare la funzione di bilanciamento in piedi e molti altri compiti motori6,7. Sedile incorporato contattori rendono accessibile per paradigmi equilibrio seduti la tecnica del feedback di vibrotactile. Future applicazioni possono includere sport formazione, formazione di orientamento spaziale, gioco di realtà virtuale o aumentata, valutazione della competenza di equilibrio, ricerca della ferita equilibrio disordini e in seguito di riabilitazione scheletrico, muscolare o neurologica.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori riconoscono gli sforzi di progettazione degli studenti universitari Animesh Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Boser, Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp e Arthur Zielinski. Questo studio è stato parzialmente finanziato attraverso una sovvenzione di scoperta da scienze naturali e ingegneria Research Council of 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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