Method Article

Biyonik Clicker Mark ı & II

DOI:

10.3791/55705

⸱

August 14th, 2017

 ,  ,  ,  , 
1Aspire Create, University College London, 2Translational Imaging Group, CMIC, University College London

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bir aygıt Elektromiyografi tabanlı kontrol yatıyordu bir kitleye göstermek için oluşturuldu. İlk aygıt başarısından sonra ikinci bir aygıt ile daha fazla esneklik işlevselliği gösteri ve araştırma amaçlı yapılmış. Bu iletişim kuralı oluşturma ve her iki cihaz ayarlama işlemini açıklar.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu makale, biz iki 'Biyonik tıkırtı' sistem, mevcut Elektromiyografi (EMG) eğitim amaçlı ve araştırma amacıyla ikinci kontrol sistemleri dayalı göstermek için tasarlanmış ilk. EMG sistemleri kas etkinleştirme tarafından üretilen elektrik sinyalleri almak ve bunlar girdileri olarak denetleyicileri için kullanın denetimine bağlı. EMG denetleyicileri protez denetim bacaklarda için yaygın olarak kullanılır.

Mark ben (MK ı) tıkırtı takan bir sunum slayt onların işaret parmağı yükselterek değiştirmek sağlar. Mikroişlemci ve biyo-sinyalleri etrafında inşa edilmiştir kalkan. Her iki halkın ilgi ve araştırma topluluğu bir çok oluşturulur.

Burada sunulan Mark II (MK II) aygıt kolayca değiştirilebilir ve doğrudan EMG veri iletimi daha ucuz, daha şık ve daha özelleştirilebilir sistemi olarak tasarlanmıştır. Bu kablosuz yetenekli mikroişlemci ve kas sensörü kullanılarak kurulmuştur.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aspire Merkezi Rehabilitasyon mühendisliği ve yardımcı teknoloji için uygulanabilir ve dahil olmak üzere ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, inme, kas distrofisi ilgi ilgili alanları farklı etki alanları arasında transfer edilebilir teknikleri inceler, amputasyon, yaşlanan nüfus ve özel becerileri eğitimi. Bir merkezi dahil araştırma neuroprosthesis bir alandır. Neuroprosthetic silah denetiminde kullanılan birçok teknikleri, EMG kontrol sistemleri1,2,3,4,5,6için en sık kullanılan girdileri biridir. Kullanımı ve diğer denetim sistemleri7' ye göre uygun fiyatta kolaylığı nedeniyle büyük bir bölümünde bu. Bu tür bir denetim8,9,10kullanırken Ada el sadece 1000 YTL mal olabilir gibi son zamanlarda 3D baskılı protezleri geliştirdi. Ancak, bu tür sistemleri halka göstermek çalışırken bir amputee yardımı olmadan böylece kolay yolu yoktur.

Kamu üyeleri için bu alanda araştırma faaliyetleri farkındalığı arttırmak için bir biyonik clicker demo aygıt geliştirilmiştir. Dikkat çeken ve öğrenme ve11öğretilen konu anlayış hızlandırır gibi nesne tabanlı kullanmak çok önemlidir. Bizim cihaz sadece EMG kavramı öğretmek için aynı zamanda modern teknolojilerin geçerli geliştirme bilgilerini artırmak için yardımcı olur. Ayrıca, genç nesiller çalışmalar içinde bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik (kök) alanları seçmek için ilham veriyor.

Biyonik Clicker MK kullanılan laboratuar içinde bulunan hazır parçalar kullanılarak yapıldı. Mikroişlemci, biyo-sinyalleri kalkan12, elektrotlar, kontrol paneli, bir kablosuz iletişim yönetim kurulu ve 9 V pil oluşuyordu. Cihazın başparmak ve işaret parmağı arasında yer alan kaçıran indicis kas aktivitesi seçerek görev. Bir klavye taklit ve önceden seçilen bir eşiğe ulaşıldığı zaman bir 'sağ tuş' gönderme slayt değişikliği tetikler. Denetim Kurulu 'doğru' ve 'sol' keypresses (ilerleme slaytlar ve geri çekilme slaytlar) el ile göndermek için izin ve şeyler canlı bir gösteri sırasında yanlış giderse EMG giriş geçersiz kılmak için de kullanılabilir.

Medikal fizik ve Biyomedikal Mühendisliği Bölümü kamu nişan faaliyetleri kapsamında, biyonik Clicker halka gösterdi. Dinleyicilerin hevesli bir yanıt aldı ve birkaç işbirlikleri başlayan ilgi oluşturulur. İlk aygıt başarısından sonra cihazın ikinci sürümü tasarlanmıştır.

Daha ucuz, daha az hantal ve ilk aygıtı daha fazla özelleştirilebilir bir aygıt üretmek için ikinci aygıt tasarım hedefi oldu. Bu cihazın amacı bir şey kolayca öğrenci projeleri için değiştirilmiş olabilir ve uygun fiyatla rezervasyon yaptırın varolan projelere dahil edilebilir tasarımı oldu. Diğerleri kullanılabilir1,2,3,4,5,6 kolaylığı olan bu cihazın ana avantaj, küçük boyutu, kullanmak ve maliyet düşük. Daha--dan yeterli olmakla birlikte biyonik tıkırtı aygıt tetikleyici aygıtları gibi diğer araştırma cihazları çözünürlüğe sahip olmayabilirsiniz. MK II protez denetleyicisi veya yardımcı aygıt gibi bir aygıtı tetiklemek için bir EMG eşik değeri kullanan herhangi bir sistem için ideal bir temel olacaktır.

Tasarım kablosuz özellikli bir mikroişlemci ve kas algılayıcıyı çevresinde dayanıyordu. 3.7 V 150 mAh lityum polimer pil, el ile denetim kurulu ve 3D baskılı bir dava da dahil. Şekil 3 tasarımlar arasındaki farklar özetini gösterir. MK II tasarım özgün aygıt aynı temel işlevselliğe sahip ama kablosuz EMG izleme gibi yeni uygulamalar için önemli ölçüde daha fazla potansiyel işlevleri içerir.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokol University College London'ın insan araştırma Etik Komitesi kuralları izler.

Dikkat: Bu protokol içeren elektrik kazası ve yanmak tehlike (havya); Bu iletişim kuralı çalışmadan önce hem de okuma. Bu iletişim kuralı bir cihaz cilde bağlantı içerir. Hiçbir zaman emin bir yol cilt ve elektrik şebeke arasında olduğundan emin olun. Havya unsuru elimi sürmem. Cımbız veya kelepçeler ile ısıtmalı kablolar tutun. Kullanım sırasında ıslak temizlik sünger tutmak. Her zaman onun stand kullanılmadığı zaman demir Lehimleme dönün. Asla tezgah üzerinde bırak. Üniteyi kapatın ve kullanılmadığı zaman fişten.

1. temel bileşenler montaj

Not: Resim 3 Protokolü adımları ileri düzeyde bir genel bakış sağlar.

  1. Biyonik Clicker MK oluşturmak için ben, biyo-sinyalleri sensör kalkan mikroişlemci takın ve EMG kabloları E, M ve GND vida terminalleri kalkanın vida (bkz. şekil 4). 1.6 adıma devam edin.
  2. MK II oluşturmak için bir satır üç başlık Pins kas sensör içine yerleştirin +, - ve SIG yukarıdan delikler (bkz şekil 5) ve altında lehim.
    1. Üstbilgi pimleri plyers çifti ile 90 ° pimleri üst yarısında viraj. Bu durum için doğru konumda pimleri yerleştirir.
    2. Kaçıran indicis kas giriş olarak kullanılıyorsa, 1.3 adım devam değilse 1.4 adım taşımak.
  3. Kısa siyah başvuru kablo kas sensöründen kaldırın.
    1. Üç EMG kabloları kemiği bilekten el geri çalıştırmak için bir Tel makası ile kesin. Şerit tel striptizci üç EMG kablolarla sonu.
    2. Siyah kabloyu R delik, E deliğe mavi kablo ve kırmızı kabloyu içine soyulmuş sonu kas sensör (şekil 5) M deliğe yerleştirin. Yerde kas sensör alt teller lehim. 1,5 adım için hareket ettirin.
  4. Kas sensör ve bir elektrot alt siyah başvuru kablo konektörüne içine iki elektrot pedleri küçük.
    1. Kas algılayıcı elektrot pedleri ile seçilen kas üzerine sopa ve siyah referans elektrot uygun bir yere yerleştirin.
  5. 8 tek çekirdekli çoklu thread teller için boy kesme ve her iki ucu şerit: 5 kısa (7 cm) teller mikroişlemci (yaklaşık 12 cm kol bileği büyüklük bağımlı ama) Denetim Kurulu (kırmızı, siyah, yeşil, beyaz ve mavi) ve 3 uzun kaçmak için teller (kırmızı, siyah ve yeşil) bilek bir taraftan diğerine çalıştırın.
    Not: farklı bir kas kas sensör yerleştirerek daha uzun kablolar kablosuz Mikrodenetleyici siteye kas sensör sitesinden çalışır emin olun.
    1. Mikrodenetleyici içine teller lehim için hazır yer: 2 kırmızı kablo 3V içine delik, GND delik, uzun yeşil kabloyu A0 deliğe, kısa mavi kabloyu 2 delik içine, uzun beyaz tel 3 delik içine içine 2 siyah telleri ve kısa yeşil kabloyu 5 delik içine. Yerde Mikrodenetleyici alt teller lehim.
    2. 3 uzun teller sırada 3 başlık yuva için diğer ucunu lehim: kırmızı, siyah, yeşil. Bkz. şekil 5. Aksi takdirde kaçıran indicis kas kullanarak 2 adıma geçin.
  6. EMG sensör yastıkları yandan şekil 6, iki elektrot kaçıran indicis kas iki ucundaki ile ve bir EMG sensör pad el geri ortasında gösterildiği gibi yerleştirin.
    1. Elektrot pedleri kas algılayıcı kablolar (uygun gönderme) bağlayıcı ucunu küçük. Mavi ve kırmızı elektrotlar küçük kas içi siyah elektrot kliplerinde yukarıda.

2. test EMG çıktı

  1. Kitaplık bağlantı14 başvuru bölümünden takip biyo-sinyalleri kalkan için indirin. O unzip ve (genellikle belgeler/Arduino/kitaplıklarında bulunan) tümleşik geliştirme (IDE) Kitaplıklar klasörüne yerleştirin. 2.3 adıma. Binası MK II, 2.2 adıma devam edin.
  2. Mikrodenetleyici panoları15yönergeleri takip IDE için ekleyin.
  3. 'ThresholdTest.ino' için MK download ben veya 'BLEThresholdTest.ino' ve 'BluefruitConfig.h' MK II ve IDE yazılım (ek dosyalar) açıkta.
  4. Belgili tanımlık laptop olun çıkarın ve sonra ve ancak o zaman, bir evrensel seri veri yolu (USB) kablosuyla dizüstü Mikrodenetleyici takın.
  5. Mikroişlemci için eşik test ilgili sürümünü yüklemek ve seri monitör açın (Araçlar > seri monitör). EMG çıktı şimdi görüntülenir.
  6. İşaret parmağı yan tarafa hareket ve elin işaret parmağı hareket etmeden hareket ettirmek çevrede. Her durumda görüntülenen değerleri yazın.
    Not: MK II kullanarak ne zaman yapmak emin o gürültü bu şekilde oluşturulan son derece hassas olduğu gibi kabloları hareket ettirmeyin.
  7. El taşınır, ancak parmak yan yana hareket ettiğinde ne görülür ne görülür bir değer seçin. Bu değer yazmak.
    Not: cihazın sadece amaca hizmet edecek bir parmak hareketi tarafından etkinleştirilecek değeri seçilir. Bu eşik tetikleyici, cihazın etkinleştirilecek değer değerdir. Kas sensör eşik değerini bulması zor ise el ile değiştirilebilir bir kazanç ayarı vardır. Elektrotlar değiştirilmesi gerekebilir. Kaçıran indicis kas kullanarak, kazanç için en az başlangıç noktası olarak ayarlayın. Kazanç ayarı kazanç tarafından işaretlenmiş kas sensör üzerinde potansiyometre tarafından değiştirilmiş ve bu küçük düz kafa tornavida tarafından değiştirilebilir.

3. test eşik

  1. 'BoomTest.ino' için MK download ben veya 'BLEBoomTest.ino' ve BluefruitConfig.h MK II ve IDE yazılımında açın.
  2. Verilen kodu daha önce 2.8. adımda belirlenen eşik tetikleyici değeri ile 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' değiştirerek düzenleyin. Bu hat 37 MK için kod mı ben ve MK II için kod satırını 47.
  3. BoomTest doğru sürümünü yüklemek için mikroişlemci ve seri monitör açın (Araçlar > seri monitör).
  4. (İşaret parmağı yan yana hareket etmiyor); çevresinde elimi hareket hiçbir şey üzerinde seri çıkış görülür.
  5. İşaret parmağı yan tarafa hareket; 'BOOM' sözcüğü görünür.
    Not: 'BOOM' yanlış zamanda ya da hiç görüntülenirse, bağlantılarını kontrol edin ve geri 2.7 adımına.

4. 3D baskı MK II durumda

  1. MK II oluşturuluyorsa, davanın tüm 5 bileşenler için stl dosyaları indirmek (bkz Şekil 7 . için tüm 5 parça). Durum bölümlerini tercih edilen herhangi bir yöntemle yazdırın. 5.2 adıma geçin. MK bina, hayatıma devam Eğer Bölüm 5.
    Not: Durum başarıyla16 (FDM) ve fotolitografi yazıcılar17modelleme her iki yuvarlak ifade tarafından yazdırılmıştır.

5. lehim kontrol paneli

Not: adım 5.2 Binası MK II, devam edin.

  1. Bir satır iki üstbilgi Pins, beş 10 yer KΩ dirençler, sürgülü bir anahtarı ve şekil 8' de A; gösterildiği gibi bileşenleri için iki düğme anahtarları sonra onları yerde kurulu alt lehim.
    1. Bakır şerit kurulu raylara bir zanaat bıçakla şekil 8tarihindeAgri çizgiler takip aracılığıyla Dilimleme tarafından kır. Bu yönüyle birden fazla işlevi tek tek parçaları için sağlar.
    2. Onlar-ecek koşmak--dan önkol üst kol (yaklaşık 30 cm) 7 teller (siyah, kırmızı, mavi, turuncu, beyaz, kahverengi ve sarı) doğru uzunlukta bir Tel makası ile kesti. 7 cm, 4 cm mavi bir kablo ve bir siyah tel 3 cm ve bir portakal Kırmızı kabloyu kes.
    3. Her iki ucunda da tel tel striptizci ile şerit.
    4. Teller devre şeması Şekil 9' da gösterilen takip kontrol kurulu yerleştirin; yerde alt teller lehim.
    5. Uzun kırmızı ve siyah telleri bir çift üstbilgi Pins lehim ve sonra bir roman üstbilgi Pins sırada diğer uzun teller lehim: mavi, turuncu, beyaz, kahverengi, sarı.
    6. 5V ve kontrol kurulu üstbilgi pimlerinden kablosuz modülü GND iğne lehim.
    7. Kablosuz iletişim modülünün pin 2 Kısa turuncu tel ve Pin 3 kısa mavi tel lehim.
  2. Yerde üç 10 KΩ dirençler, sürgülü bir geçiş ve iki itme şekil 10' A gösterildiği gibi anahtarları düğmesini tıklatın ve onları alt kurulu yerine lehim.
    1. Bakır şerit kurulu raylara gri çizgiler 10A yolunutakip bir zanaat bıçakla aracılığıyla Dilimleme tarafından kır. Bu parça tahta üzerinde birden fazla işlevi olmasını sağlar.
    2. Onlar Mikrodenetleyici durumda orta katman sayesinde denetim kuruluna (şekil 10B) kapanış üzerinden dava durdurmadan çalıştırabilmeniz için daha önce bir Tel makası ile Mikrodenetleyici lehimli teller kesti.
    3. Teller devre şeması (Şekil 11) aşağıdaki denetim panosundaki yerleştirin. Yerde teller lehim. 6.2 adıma geçin.

6. tıkırtı montaj ve güncelleştirmek mikroişlemci

  1. Biyonik belgili tanımlık tıkırtı yeniden monte, başlık konektörleri bağlanma denetimden kurulu mikroişlemci için teller ve biyo-sinyalleri kalkan (5V ve GND MK üzerinde ben iğnesi MKII 22-30). Pil için mikroişlemci bağlayın. Bkz. şekil 12. 6.3 adıma geçin.
  2. Biyonik Clicker, başlık bağlayıcı kas sensör (SIG için yeşil kabloyu) Mikrodenetleyici bağlanma yeniden toplanın. Bkz. şekil 13.
  3. Mikrodenetleyici dizüstü bilgisayara USB kablosuyla bağlayın.
  4. Download 'BionicClicker.ino' veya ' BLEBionicClicker.ino ve BluefruitConfig.h ve IDE yazılımında açın.
  5. Kodu Düzenle ve 2.7. adımda belirlenen eşik tetikleyici değeri 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' yerine (MK için kod satırını 59 ben, hatta Kanunu'nun 83 MK II için).
    Not: kod satırı 47 düzenleyerek MK II aygıt olarak kablosuz bağlanırken görünen adı değiştirebilirsiniz. 'Biyonik Clicker MK II' alternatif bir başlıkla değiştirin.
  6. Mikrodenetleyici dizüstü bilgisayarınızdan USB kablosu kaldırarak çıkarın.

7. aygıtı bilgisayara bağlayın

  1. MK kullanarak ben, Eğer üretici Kılavuzu18takip ederek radyo ölçü birimi aygıtına eşleştirmek için yönergeleri izleyin. MK II kullanıyorsanız, kablosuz olarak bir kablosuz klavye kullanılan bilgisayara bağlanmak için prosedürü izleyerek aygıtı bağlayın.

8. sınav belgili tanımlık tıkırtı

  1. Bazı yazma yazılımını açın ve "Lorem ipsum dolor sit amet" gibi bir metin girin. Bu bu komutları gönderilen ve alınan olup olmadığını sınamak için algılanması presler sağlar.
    Not: pil düşük ise cihazın düzensiz davranış verebilir; her zaman taze pilleri kullanın.
    1. İleri ve kılavuz geriye geriye doğru ilerlemeye neden imleç görmek için düğme hareket imleç görmek için el ile ileri tuşuna basın. Parmağı da ilerlemek için artırmak.
  2. Sunu yazılımı ile belgili tanımlık tıkırtı sınamak için slaytları ilerlemeye işaret parmağı yükseltmek.
    Not: Geçersiz kılma anahtarı EMG işlevini açar ve kapatır ve kılavuz ileriye ve geriye doğru devam eden düğmeler ve slaytlar her iki senaryolarda geri çekilmek.

9. tıkırtı dağ

Not: MK II oluşturuluyorsa 9.2 adımına.

  1. MK oluşturuluyorsa ben çift taraflı kesmek kanca ve böylece rahatça bilek uygun malzeme makasla, döngü. Döngüler içe bilek çizmemeye değil dönük emin olun.
    1. Çift taraflı kanca kesmek ve böylece rahatça üst kol uygun malzeme döngü, tekrar içe Döngüler yüz emin olun.
    2. Çift taraflı kanca ve döngü şeritler mikroişlemci (10 cm x 5 cm) ve kontrol Kurulu (2,5 cm x 6,4 cm) boyutuna kesme. Pil (4 cm x 12 cm) sıkıca uyacak bir şerit kesin.
    3. Tutkal tabancası kullanarak, döngü yan şeritler Mikrodenetleyici alt ve alt denetim kurulunun tutkal.
    4. Denetim Kurulu bilek kayışı takın. Mikroişlemci ve pil için üst kol askısı takın.
    5. Her şeyi takın: 9 V pil takılan içine mikroişlemci ile PP3 bağlamak. Denetim kuruluna lehimli teller üzerinden bağlamak mikroişlemci ve e-Sağlık kalkan.
      Not: MK ben şu anda bitmiş.
  2. MK II oluşturuluyorsa, bilek (yaklaşık 22 cm daha küçük bilek için) etrafında sarmak için çift taraflı kanca ve döngü malzeme 35 mm geniş ve yeterince kesin.
    1. Kasanın altındaki klipler aracılığıyla kanca ve döngü malzeme kaydırın. Bilek çizmemeye değil döngüler içe dönük emin olun.
    2. Kas sensör erkek üstbilgi pimlerinden içine kadın başlıkta sonlandırma Mikrodenetleyici lehimli teller takın ve onları bastırıyor tarafından EMG kabloları elektrotlar klibi.
      Not: MK II şimdi bitti. Bkz. Şekil 14.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MK II daha uygun, özelleştirilebilir ve MK daha az hantal ben aygıt. MK II sadece biraz maliyeti tüm daha fazla biyo-sinyalleri kalkan yalnız (75 USD). Aygıt yerine kol ve kablosuz Mikrodenetleyici potansiyel olarak aynı anda 6 kas sensörler girişlerden destek verebilecek önemli ölçüde daha küçük bilek oturuyor. MK fonksiyonel pil ömrünü ben Cihaz bir saat 9 V 550 mAh pil kullanarak ve (bir tıkırtı kullanıldığında) MK II aygıt işlevsel pil ömrü yaklaşık 8 saat 3.7 V 150 mAh pil; kullanımı açıktır belgili tanımlık aygıt bir karşılaştırma için bkz. Tablo 1 .

Biyonik Clicker MK II kaçıran indicis üzerinde kullanıldığında bir sorun olabilir: amplifikatör doyurmak ve (bkz. şekil 15) taburcu etmek için fazla bir saniye sürer. Dikkatli yerleştirme elektrotlar ve doğru kazanç ayarı bu sorunun üstesinden gelebilir. Bu olmaz biyonik Clicker MK ile ben veya herhangi bir diğer sık kullanılan kasları için EMG.

Eşik tetikleyici değeri bulmak için cihazlar kalibre iken, birçok farklı değer görülebilmektedir. Üç aralıklara düşerler: el sabit olduğunda değerleri, el hareketli olduğunda değerleri ve parmak hareket ettiğinde değerleri. Tablo 2 kaydedilmiş değerleri her aralıkta gösterir; Kırtasiye ve aralıkları hareketli el için en yüksek değerleri gösterilir ve aralığı gerilmesini parmak için en düşük değer gösterilir. Eşik değeri değer hareketli el üstünde ve altında değer gerilmesini parmak yalan için seçilir. Bir değer aralığı hareketli el yakın yanlış pozitif olasılığını artırır ve Iken değerine yakın aralığı gerilmesini parmak ters etkiye sahiptir yanlış negatifler, riskini azaltır.

Her iki cihaz yanlış negatifleri ve yanlış pozitif durumlar için kaçıran endeksleri kas gerilmesini test nerede. Yanlış negatif cihazın kas gerilmesini üzerine slayt değişikliği tetiklemek değil ve hiçbir gerilmesini oluştuğu sırada slayt değiştirdiyseniz bir yanlış pozitif kaydedildi kaydedildi. Ben de aygıt MK II aygıt ara sıra yanlış negatif (% 5 daha az zaman) deneyimli yanlış pozitif durumlar ile ilgili bir sorun vardı. MK ı aygıt deneyimleri herhangi bir yanlış pozitif veya negatif işlemi, ilk 45 dakika boyunca yanlış sayısı 50 dakika ile bir saat arasında toplam aygıt hatası kadar artar hızla negatifler rağmen (bkz. Tablo 3).

Bu sonuçlar aygıtı, belirtilen amaçlar başarılı olduğunu gösterir. Tablo 1 MK II daha ucuz ve göstermek MK ı. Tablo 2 ve Tablo 3 ' den daha fazla esneklik olduğundan aygıt işlevleri olarak amaçlanan ve bir EMG tabanlı tetikleyici aygıtı olarak kullanılan gösterir. Şekil 15 gösterir Eğer kaçıran endeksleri kas kullanarak oluşabilecek sorunları: çoğu kasları ile oluşur ve kazanç değiştirerek düzeltilebilir bir sorun bu değil. Bazı sorunlar aygıtlarınızda, kullanım amacı için yeterli olmakla birlikte.

figure-results-1
Şekil 1: Biyonik Clicker MK ı. Bu Sol kolunda biyonik Clicker MK ı ve tüm bileşenlerini gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-2
Resim 2: Blok şeması aygıtların. Her kutu ayrı bir bölüm cihazın temsil eder; her kutu içinde bölüm cihazın bir parçası olarak içerir bir işlevdir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-3
Şekil 3 : Cihazın inşa etmek için adımlar. Her adım Protokolü'nün yüksek düzeyde özetini içeren bir akış diyagramı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil 4 : İlk MK ben derleme. Mikroişlemci biyo-sinyalleri kalkan ve elektrot kabloları ile. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil 5: İlk MK II derleme. Mikroişlemci ile kas duyumsal ve lehimli bağlantı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-6
Şekil 6 : Elektrot yerleştirme. Bu rakam kaçıran indicis kullanırken yandan elektrotlar doğru yerleşimini gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-7
Şekil 7 : The MK II büyük parçalar. Parçalar MK II kasanın fotolitografi yazıcı baskı için hazır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-8
Şekil 8 : Devre kontrol MK. (bir) devre kartı (gri işaretleri şerit kurulu kişiler üzerinde alt kırık vardı nerede) yukarıda. (b) devre kartı tamamlandı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-9
Şekil 9 : Ben kontrol kurulu devre şeması MK. MK devre şeması dirençler, anahtarları ve teller arasındaki bağlantıları gösteren kurulu kontrol. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-10
Şekil 10 : Devre kontrol MK. (bir) Denetim Kurulu (gri imi şerit yönetim kurulu iletişim alt üzerinde kırık vardı nerede) yukarıda. (b) tamamlandı devre kartı Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-11
Şekil 11: The MK II Denetim Kurulu devre şeması. MK devre şeması dirençler, anahtarları ve teller arasındaki bağlantıları gösteren kurulu kontrol. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-12
Şekil 12 : Monte MK ı. Bu MK tüm bileşenleri gösterir ben onlar kolunda monte önce aygıt. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-13
Şekil 13 : Clicker MK II montaj. (bir) yer içinde belgili tanımlık dip durum mikroişlemci. (b) orta bölüme bataryayı yerleştirin ve kapak koyun. (c) onun durumda kas sensör yerleştirin ve kapak koyun. (d) kas sensör Mikrodenetleyici bağlayın ve pil için mikroişlemci bağlayın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-14
Şekil 14 : Tamamlanan biyonik Clicker MK II. (bir) kanca ve döngü kayış üzerinde. (b) üstünde belgili tanımlık kol bileği. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-15
Şekil 15: Kas sensör oversaturation. Bu şekilde kas sensör doygun olacağı gösterilmektedir; kas harekete geçirmek üstünde belgili tanımlık aygıt geçerli kazanç ayarı için çok güçlüydü zaman yaylalar vardır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

MK IMK II
EMG sensörGenel biyo-sensörAdanmış kas sensör
KablosuzAyrı radyo ölçü birimiMikrodenetleyici gemide
EMG kablosuz üzerinde?HayırEvet
Pil9 V PP3150 mAh LiPo
Operasyonel zaman1 h8 h
Zaman inşa5 h4 h
Toplam maliyet150 $80 $
Yanlış pozitif (%)00
Yanlış negatif (%)04.7

Tablo 1: karşılaştırma cihazların. Bu tablo çeşitli aygıtlardan işlevine tasarım yönleri karşılaştırır.

Sabit (maksimum)El hareketli (maksimum)Parmak Tensing (en az)Eşik değeri
MK I2535215200
MK II40280460400

Tablo 2: Kalibrasyon sonuçları. Bu tablo el durağan, el ve parmak gerilmesini, hareketli tutmak iken elde edilen değerler seçili eşik değerini gösterir.

Yanlış negatifler (test her 30 s) sayısıYanlış pozitif (spontan activations) sayısı
İlk 45 dakika45 dk - 1 saat1-8 hİlk h1-8 h
MK I035N/A0N/A
MK II414000

Tablo 3: cihazlar test. Yanlış pozitif ve yanlış negatif iki aygıt arasında karşılaştırılması.

Tamamlayıcı kod dosyaları MK için ben ve MK II:
"BionicClicker.ino" indirmek için buraya tıklayınız.
"BLEBionicClicker.ino" indirmek için buraya tıklayınız.
"BLEBoomTest.ino" indirmek için buraya tıklayınız.
"BLEThresholdTest.ino" indirmek için buraya tıklayınız.
"BoomTest.ino" indirmek için buraya tıklayınız.
"ThresholdTest.ino" indirmek için buraya tıklayınız.
"Tüy-Featherbase.stl" indirmek için buraya tıklayınız.
"Tüy-Feathermid.stl" indirmek için buraya tıklayınız.
"Tüy-Feathertop.stl" indirmek için buraya tıklayınız.
"Myo-Myobase.stl" indirmek için buraya tıklayınız.
"Myo-Myolid.stl" indirmek için buraya tıklayınız.
 

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MK kaçıran indicis üzerinde kullanıldığında II doygunluk bir sorun olabilir ilk göründüğünden daha az olduğunu. Dikkatli yerleştirme elektrot ve doğru kazanç ayarı durur bu cihazın bir tıkırtı kullanıldığında bir sorun olmaktan. Doğru bir şekilde faaliyet kaçıran endeksi kayıt ilgi sürece bu bir sorun pek mümkün değildir. Kazanç ayarlandıktan sonra hiçbir aşırı doygunluk üzerinde herhangi bir diğer kas görülmüştür. Yanlış negatifler MK II ile kaçıran indicis kullanırken uygun eşik değer seçerek zorluk nedeniyle vardır. İle daha büyük kas kas maksatlı harekete geçirmek büyüklüğü ve maksatlı kas gerilmesini arasındaki farkı daha büyük, hem yanlış hem de yanlış negatif kadar uzak bir eşik noktası seçimi için izin Puan. Özellikle küçük ellerde kaçıran indicis kas (daha küçük elektrot pedleri ile bu potansiyel olarak çözülmüş olabilir rağmen) doğru şekilde yerleştirilmesini elektrotlar için çok küçük olabilir.

MK II için önemli ölçüde daha uzun pil ömrü çeşitli nedenlerle için yararlıdır. İlk olarak, MK ı aygıt yüzden uzun gösteriler için kullanılamaz kullanımı, hatalı 45 dakika sonra hareket etmeye başladı. İkinci olarak bir çok saat pil ömrü ile MK II giriş için yararlı bir aygıtı kontrol olarak kabul edilebilir ve sadece küçük bir artış ile fiziksel pil boyutu, bir tam gün süren izleme cihazı kullanılabilir. Kablosuz Mikrodenetleyici 6 analog giriş ve 13 dijital giriflleri içindir; Bu aygıtın bir aygıt denetim girdileri daha fazla serbestlik oluşturmak için birden çok kas sensörler sinyalleri kabul edebileceği anlamına gelir. Ayrıca kas sensör tarafından herhangi bir Biyoalgılayıcı diğer biyolojik sinyallerini girdi olarak kullanan bir aygıt oluşturmak için analog çıkışı yerini olabilir unutulmamalıdır. Cihazın kodu da kolayca işlevselliğini değiştirmek için değiştirilebilir. Yazılım ve donanım aygıtının aygıt için basit ve çeşitli değişiklikler için izin.

Şu anda görüldüğü gibi bir aygıtı bu kablosuz Mikrodenetleyici arabellek aşırı gibi EMG çıkış kablosuz olarak yüksek veri hızında gönderilemeyeceğini kısıtlamasıdır. Başka bir sınırlama teknik kaçıran endeksleri giriş olarak kullanır ve kas çok küçük olduğu için bir yandan elektrotlar aralığını neredeyse üst üste değildir; birisi özellikle küçük eller varsa, elektrotlar doğru bu kas yerleştirmek mümkün olmayabilir.

Bu esneklik potansiyel araştırma projelerinde gelince cihaz daha pahalı cihazları birçok avantajı vardır. Düşük maliyetidir: cihazın 80 YTL maliyeti ve ek EMG kanalları biricik fiyat 35 YTL, bu küçük için ideal yapma veya öğrenci projeleri. Özelleştirmek kolaydır, belgili tanımlık bilgisayar yazılımı kolayca düzenlenebilir ve girdileri için başka donanımlar değişti. Onu giyen bir kişi ağır veya hantal ekipman taşımak zorunda değilsiniz Bu yüzden küçük bir boyutu vardır. Kolayca ile uyumlu bir kablosuz cihaza tümleştirilebilir de diğer aygıtlara kablosuz klavye olarak görünür. Aygıt zaten yakın gelecekte yayımlanacak bir yardımcı aygıt içine dahil edilmiştir.

Boyutu ve özelleştirme MK II kolaylığı nedeniyle, bu zaten birleşme için içine birkaç araştırma projeleri kablosuz bir EMG modülü ve bir kablosuz tetik mekanizması olarak kabul ediliyor. Bir ana bir öğrencinin ders üzerinde laboratuvar oturumları temeli olarak da kullanılmakta. Kablosuz aktarım hızını artırmak için cihaza yapmak istiyorum ana gelişmedir; 10 Hz elde etmek için hedeftir ve olup bu donanım veya yazılım yapılacaktır henüz tespit olmaktır.

Adım 2.6 ve 2.7 iletişim kuralına en önemli adımlardır: eşik tetikleyici değer yelpazesi. 2.6. adımda özel ilgi bu anten olarak hareket ve hareket eserler üretmek gibi EMG kablolar, hareket için ödenmesi gereken; Ancak, bunlar sabit tutulursa bu bir sorun değildir. Seçilen değeri çok yüksek ise 2.7 adımda bu içinde yanlış negatif sonuçlar. Bu değeri çok düşükse, bu yanlış pozitif sonuç. Kaçıran indicis söz konusu olduğunda çok daha büyük kasları ile bu bir sorun gibi görünmüyor olsa da zaman zaman yanlış negatif içinde yol açmaz bir değeri bulmak zordur. Doğru değeri bulma hala bir sorun olursa, kazanç en düşük değerine ayarlayarak ve sigara-harekete geçirmek ve harekete geçirmek arasında büyük bir fark amacı kalan değerleri seri okuma görülür kadar artan düzeltilebilir doygunluk.

Genel olarak MK II MK önemli bir gelişme olduğunu ben potansiyel bir araştırma aygıt olarak her ne kadar güçlü bir görsel etkisi vardır MK, hala kullanılan gelecekte kamu nişan olaylar olması muhtemeldir çünkü.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Proje Mühendislik tarafından finanse edilen ve fizik Bilimleri Araştırma Konseyi EPSRC (EP/K503745/1), Ulusal Sağlık Araştırma (NIHR) Biyomedikal Araştırma Merkezi (BRC) (BRC272/HI/JG/101440) ve UCL Enstitüsü yapımcıları değiştirin.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Mark I için
Equipment
Laptop
Lehimleme
Sıcak tutkal tabancası
Sıcak tutkal tabancası
Öğeler< / güçlü >
Küçük Tek Çekirdekli Çok İplikli TellerSiyah, Kırmızı, Sarı, Kahverengi, Turuncu Beyaz, Mavi,
Arduino MEGA 2560ArduinoArduino MEGA 2560(ABD dışında Geniuno MEGA 2560)
E-Sağlık Kalkanı v2.0Arduino, Raspberry Pi ve Intel Galileo için Yemek Hacks e-Sağlık Sensör Kalkanı V2.0 [Biyometrik / Tıbbi Uygulamalar]
EMG kablolarıYemek Pişirme Hackse-Sağlık Platformu için Elektromiyografi Sensörü (EMG) [Biyometrik / Tıbbi Uygulamalar]
EMG ElektrotlarıSparkfunSEN-12969
9V pilHerhangi Bir
Güç kablosuJaklı PP3 9v konektör
Bluefruit EZ-KEY HIDAdafruit1535
şerit tahtasıAmazon.co.ukKüçük Stripboard 25 X 64mm 3'lü PaketBenzer Stripboard 2.54mm Pitch 7x25
Buton AnahtarıCOM-00097
sürgülü anahtaramazon.com20 Adet Açma/Kapama/Açma DPDT 2P2T 6 Pin Dikey DIP Sürgülü Anahtar 9x4x3.5mm
dirençlerCOM-11508
Çift taraflı Velcro
Break Away Başlıklar - DüzSparkfunPRT-001162, 2 ve 5 gerekli
Mark II için
Equipment
LaptopUSB'li herhangi bir dizüstü bilgisayar bağlantı
USB mikro kablosuDizüstü bilgisayardan USB mikroya (standart telefon konektörü stili)
Lehimleme İstasyonuHerhangi bir
Lehim
Öğeler< / güçlü >
Küçük Tek Çekirdekli Çok İplikli Teller Siyah, Kırmızı, Yeşil, Beyaz, Mavi,
Tüy BLE 32U4Adafruit2829
MyoWareSparkfunSEN-13723
EMG kablolarıSparkfunCAB-12970
EMG elektrotlarıSparkfunSEN-12969
3.7 V LiPoAdafruit1317
Şerit Tahtasıamazon.co.ukKüçük Striptiz Tahtası 25 X 64mm 3'lü Paket2.54 adım 7x9 satır
Buton anahtarıCOM-00097
sürgülü anahtaramazon.com20 Adet Açma / Kapama / Açık DPDT 2P2T 6 Pin Dikey DIP Sürgülü Anahtar 9x4x3.5mm
dirençlerCOM-11508
3D baskılı parçalarKendiniz 3D yazdırılabilir veya bir web sitesinden yazdırılabilir
Çift taraflı Velcro
Break Away Başlıklar - DüzSparkfunPRT-001163 pin gerekli
Dişi BaşlıklarsparkfunPRT-001153 pin gerekli
USB USB B kablosu olan herhangi bir dizüstü bilgisayar Arduino Lehimleme İstasyonunda dizüstü bilgisayardan USB-B bağlantısına tutkal

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Navarro, X., Krueger, T. B., Lago, N., Micera, S., Stieglitz, T., Dario, P. A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems. J Periph Nerv Syst. 10 (3), 229-258 (2005).
  2. Yang, D. P., et al. An anthropomorphic robot hand developed based on underactuated mechanism and controlled by EMG signals. J Bionic Eng. 6 (3), 255-263 (2009).
  3. Chu, J. U., Moon, I., Lee, Y. J., Kim, S. K., Mun, M. S. A supervised feature-projection-based real-time EMG pattern recognition for multifunction myoelectric hand control. IEEE/ASME Trans Mechatronics. 12 (12), 282-290 (2007).
  4. Bitzer, S., Van Der Smagt, P. Learning EMG control of a robotic hand: towards active prostheses. Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation. , Orlando, Florida. (2006).
  5. Cipriani, C., Zaccone, F., Micera, S., Carrozza, M. C. On the shared control of an EMG-controlled prosthetic hand: analysis of user-prosthesis interaction. IEEE Trans Rob. 24 (1), 170-184 (2008).
  6. Tenore, F., Ramos, A., Fahmy, A., Acharya, S., Etienne-Cummings, R., Thakor, N. V. Towards the control of individual fingers of a prosthetic hand using surface EMG signals. IEEE EMBS. 2007, 6145-6148 (2007).
  7. Reinvee, M., Pääsuke, M. Overview of Contemporary Low-cost sEMG Hardware for Applications in Human Factors and Ergonomics. In Proc Hum Fact Ergon Soc Annu Meet. 60 (1), 408-412 (2016).
  8. George, P. K., Minas, V. L., Agisilaos, G. Z., Christoforos, I. M., Kostas, J. K. Open-Source, Anthropomorphic, Underactuated Robot Hands with a Selectively Lockable Differential Mechanism: Towards Affordable Prostheses. 2015 IEEE/RSJ International Conference of Intelligent Robots and Systems. , Hamburg. (2015).
  9. Agisilaos, G. Z., Minas, V. L., Christoforos, I. M., Kostas, J. K. Open-Source, Affordable, Modular, Light-Weight, Underactuated Robot Hands. IEEE/RSJ International Conference of Intelligent Robots and Systems. , Chicago, Illinois. (2014).
  10. Minas, V. L., Agisilaos, G. Z., Melina, N. B., Kostas, J. K. Open-Source, Low-Cost, Compliant, Modular, Underactuated Fingers: Towards Affordable Prostheses for Partial Hand Amputations. 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , Chicago, Illinois. (2014).
  11. Engaging the senses: object-based learning in higher education. Chatterjee, H. J., Hannan, L. , Ashgate Publishing, Ltd. (2015).
  12. Zainee, N. M., Chellappan, K. Emergency clinic multi-sensor continuous monitoring prototype using e-Health platform. 2014 IEEE Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES). , Kuala Lumpur. (2014).
  13. Paul, P., Motskin, M. Engaging the Public with Your Research. Trends Immunol. 37 (4), 268-271 (2016).
  14. e-Health Sensor Platform V2.0 for Arduino and Raspberry Pi. , Available from: https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1 (2017).
  15. Arduino IDE Setup. , Available from: https://learn.adafruit.com/add-boards-arduino-v164/setup (2017).
  16. Ultimaker 2+. , Available from: https://ultimaker.com/en/products/ultimaker-2-plus (2017).
  17. Form 2. , Available from: https://formlabs.com/3d-printers/form-2/ (2017).
  18. Pairing to Bluefruit. , Available from: https://learn.adafruit.com/introducing-bluefruit-ez-key-diy-bluetooth-hid-keyboard/pairing-to-bluefruit (2017).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

ElectromyographyEMG Control SystemsBionic ClickerMicrocontrollerMuscle SensorThreshold TestingElectrode PlacementWireless DeviceProsthetic ControlAssistive Technology

Related Articles