The Bionic Clicker Mark I &amp; II

Elliott G. Magee; S. Ourselin; Daniil Nikitichev; T. Vercauteren; Anne Vanhoestenberghe

doi:10.3791/55705

JoVE Journal > Bioengineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Bioengineering

השלט הביוני לסמן I & II

Published: August 14, 2017

doi:

10.3791/55705

Elliott G. Magee¹, S. Ourselin², Daniil Nikitichev², T. Vercauteren², Anne Vanhoestenberghe¹

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

Summary

מכשיר נוצר כדי להפגין שליטה מבוססי אלקטרומיוגרפיה לקהל על פרופיל. לאחר ההצלחה של המכשיר הראשונית, התקן נוסף בוצע עם גמישות רבה יותר פונקציונליות למטרות הדגמה ומטרות המחקר. פרוטוקול זה מתאר את התהליך של בניית ומכייל שני ההתקנים.

Abstract

כתב יד זה, אנו מציגים שתי מערכות ‘Bionic השלט’, הראשון שנועדו להדגים אלקטרומיוגרפיה (EMG) מבוסס מערכות בקרה עבור מטרות חינוכיות, והשניה למטרות מחקר. EMG מבוססת בקרת מערכות לאסוף אותות חשמליים שנוצרו על-ידי הפעלת שרירים ולהשתמש אלה כקלט עבור בקרי. EMG בקרי נמצאים בשימוש נרחב תותבות כדי לשלוט הגפיים.

הסימן אני (ח”כ אני) השלט מאפשר לעונד לשנות את השקופית במצגת באמצעות העלאת האצבע שלהם. הוא בנוי סביב של מיקרו-בקר, ביו-אותות של מגן. זה שנוצר הרבה עניין שני מהציבור את קהיליית המחקר.

המכשיר מארק II (MK II) המובאת כאן נועד להיות מערכת זולה יותר sleeker, יותר להתאמה אישית, ניתן לשנות בקלות, ישירות לשדר נתוני EMG. הוא בנוי באמצעות מיקרו-בקר יכולת אלחוטית חיישן שריר.

Introduction

המרכז שואף שיקום להנדסה ולטכנולוגיה מסייעת חוקר טכניקות ישים ובלתי ניתן להעברה בין קבוצות מחשבים שונות הקשורות תחומי עניין, כולל אך לא מוגבל, שבץ מוחי, ניוון שרירים, קטיעה הזדקנות האוכלוסייה, הכשרה של כישורים מיוחדים. תחום אחד של מחקר זה המרכז מעורב הוא neuroprosthesis. של טכניקות רבות שימשו השליטה neuroprosthetic זרועות, EMG הוא אחד של הקלט הנפוץ ביותר עבור בקרת מערכות¹^,²^,³^,⁴^,⁵^,⁶. זה חלק גדול בשל הקלות השימוש ואת סבירים במיוחד בהשוואה אחרים מערכות בקרה⁷. לאחרונה פיתחה מודפס 3D תותבות כמו היד עדה יכולה לעלות רק 1,000 דולר ארה ב בעת שימוש בסוג כזה של שליטה⁸^,⁹^,¹⁰. עם זאת, כאשר מנסה להפגין את מערכות כאלה לציבור יש דרך קלה לעשות זאת בלי הסיוע של גידם.

כדי להעלות את מודעותם של פעילויות המחקר בתחום זה כלפי בני הציבור, פותח מתקן הדגמה השלט הביוני. חשוב מאוד להשתמש מבוססת אובייקטים הפגנה זה מושך תשומת לב ומאיץ את למידה והבנה של הנושא הנלמד¹¹. התקן שלנו מסייע לא רק ללמד את הרעיון של EMG, אלא גם כדי להגדיל את הידע של ההתפתחות הנוכחית של טכנולוגיות מודרניות. יתר על כן, היא מעוררת את הדורות הצעירים לבחור לימודי בתוך תחומי המדע, טכנולוגיה, הנדסה, מתמטיקה (גזע).

ח”כ השלט הביוני נוצרתי באמצעות חלקים זמינים שכבר היו בשימוש במרחק המעבדה. היא כללה מיקרו, ביו-אותות מגן¹², אלקטרודות, לוח בקרה, לוח תקשורת אלחוטית, סוללה V 9. ההתקן תפקדו על-ידי הרמת את הפעילות של השריר האצבע החוטף ממוקם בין האגודל והאצבע. זה מעורר שינוי שקופית על-ידי מחקה לוח מקשים “keypress צודק” בכל פעם סף שנבחרו מראש התמלאה. לוח הבקרה אפשרו שליחת ידנית הקשות ‘ימין’, ‘שמאל’ (התקדמות שקופיות ושקופיות retreat), יכול לשמש גם כדי לעקוף את הקלט EMG אם דברים השתבש במהלך הפגנה בשידור חי.

כחלק פיזיקה רפואית ופעילויות ששיתוף הציבור הנדסה ביו-רפואית המחלקה, להדגים את השלט הביוני לחברים של הציבור. זה התקבל מענה נלהבות מהקהל, ועורר עניין החל מספר שיתופי פעולה. לאחר ההצלחה של המכשיר הראשוני גרסה שנייה של המכשיר תוכנן.

המטרה של העיצוב של המכשיר השני היה לייצר התקן היה זול יותר, פחות מסורבל יותר להתאמה אישית מאשר המכשיר הראשון. מטרת התקן זה היה לעצב משהו בקלות יכול להיות שונה עבור עבודות סטודנטים או בזול לשלב פרוייקטים קיימים. היתרון העיקרי של מכשיר זה על פני אחרים זמינים¹^,²^,³^,⁴^,⁵^,⁶ הוא הקלות השימוש, גודל קטן, ואת נמוכה עלות. למרות המכשירים השלט הביוני ייתכן שאין לך את הרזולוציה של התקנים מחקר אחרים, כגון גורם מפעיל התקנים, הם יותר טובים מספיק. MK II יהיה הינו בסיס אידיאלי עבור מערכת שמשתמשת הסף של EMG להפעיל התקן, כגון בקר תותבת או מכשיר עזר.

העיצוב התבסס על מיקרו-בקר אלחוטי בעל יכולת, חיישן שריר. זה כלל גם 3.7 mAh V 150 סוללת ליתיום פולימר, לוח שליטה ידנית, תיק מודפס 3D. איור 3 מראה סקירה כללית של ההבדלים בין העיצובים. העיצוב MK II יש את אותה פונקציונליות בסיסית כמו המכשיר המקורי אבל יש פונקציונליות פוטנציאל משמעותי יותר עבור יישומים חדשים כגון ניטור EMG אלחוטית.

Protocol

הפרוטוקול עוקב אחר הקווים המנחים של ועדת האתיקה האנושית המחקר של מכללת אוניברסיטת לונדון. התראה: פרוטוקול זה מכיל סיכון חשמל סיכון כוויות (מלחם); לקרוא את שניהם לפני שתנסה פרוטוקול זה. פרוטוקול זה כולל חיבור התקן את עורו. ודא כי אין זמן יש נתיב בין החשמל העור וחשמל. לעולם אל תגע יסוד המלחם. החזק חוטים להיות מחומם עם פינצטה או מלחציים. שמור את הספוג ניקוי רטוב במהלך השימוש. תמיד להחזיר את המלחם לדוכן שלו כאשר אינו בשימוש. אף פעם לא נופל על עבודה, שעליו מונחים. כבה יחידת וחבר נתק אותו כאשר אינו בשימוש. 1. הרכבת את רכיבי הבסיס הערה: איור 3 נותן סקירה ברמה גבוהה של המדרגות פרוטוקול. כדי לבנות את ח”כ השלט ביונית, מתחברים ביו-אותות חיישן המגן מיקרו-בקר, להבריג את כבלי EMG המסופים בורג E, M ו- GND של המגן (ראה איור 4). ממשיכים לצעוד 1.6. כדי לבנות את MK II, להכניס שורה של שלושה פינים עליונה בתוך החיישן השריר ב +, – SIG חורים (ראה איור 5) מלמעלה, הלחמה מתחת. לכופף את הפינים עליונה ב- 90 ° עם זוג plyers שכחזרתי הפינים. פעולה זו ממקמת את הסיכות בתנוחה הנכונה עבור האירוע. אם משתמש את השריר האצבע החוטף כקלט, להמשיך לצעוד 1.3, אם לא לעבור שלב 1.4. הסר את כבל קצר הפניה שחור מהחיישן שריר. לחתוך את כבלי EMG שלושה עם חותך חוט לברוח כף היד לחלק האחורי של היד. רצועת בסוף שלושת הכבלים EMG עם חשפנית תיל. מניחים בסוף הפשיטו החוט השחור לתוך החור R, החוט הכחול לתוך החור E, החוט האדום לתוך החור מ’ של החיישן שריר (איור 5). הלחמה את החוטים במקום בצד התחתון של החיישן שריר. לעבור שלב 1.5. קליפ שני רפידות אלקטרודה לתוך החלק התחתון של החיישן שריר, אלקטרודה אחת לתוך המחבר של כבל שחור הפניה. מקל החיישן שריר על גבי לשריר שנבחר עם הידיות אלקטרודה ולמקם האלקטרודה הפניה שחור במקום מתאים. חתוך את החוטים חוט מרובי ליבה יחידה 8 אורך ולהפשיט בכל קצה: 5 קצר חוטים (7 ס מ) כדי להפעיל מיקרו אל לוח הבקרה (אדום, שחור, ירוק, לבן ו כחול) ו- 3 ארוך (בערך 12 ס מ אבל תלוי בגודל כף היד) חוטים (אדום, שחור וירוק) כדי לרוץ מצד אחד של כף היד השני.הערה: אם הצבת החיישן שריר שריר שונה ודא החוטים ארוכים יפעל מתוך אתר חיישן שריר אל אתר מיקרו-בקר אלחוטי. מקם את החוטים לתוך מיקרו-בקר מוכן הלחמה: 2 חוטים אדומים לתוך 3V חור, 2 חוטים שחורים לתוך החור GND החוט ירוק וארוך לתוך החור A0, החוט הכחול קצר לתוך החור 2, החוט הלבן לתוך החור 3 , עם הכבל הירוק קצר לתוך החור 5. הלחמה את החוטים במקום בצד התחתון של מיקרו-בקר. הלחמה את הקצה השני של החוטים ארוך 3 עד 3 ארובות עליונה לפי הסדר: אדום, שחור, ירוק. ראה איור 5. אם לא באמצעות השריר האצבע את החוטף להמשיך הלאה שלב 2. מניחים את רפידות חיישן EMG על היד, כפי שמוצג באיור 6, עם שתי האלקטרודות קצותיו של השריר האצבע החוטף ובמשטח אחד EMG חיישן על האמצע של החלק האחורי של היד. קליפ הידיות אלקטרודה לתוך הקצה של הכבלים חיישן שריר (דחיפה מתאים). האלקטרודות כחול ואדום קליפ מעל השריר, הקליפים אלקטרודה שחור על גב כף היד. 2. בדיקת EMG פלט להוריד את ספריית למגן ביו-אותות בעקבות קישור14 מן החלק התייחסות. ותבוא למקם אותו בתיקיית ספריות פיתוח משולבת (IDE) (בדרך כלל נמצא בספריות מסמכים/Arduino /). המשך לשלב 2.3. אם בונה את MK II, המשך לשלב 2.2. הוסף את הלוחות מיקרו-בקר IDE, בעקבות הוראות ה-15. הורד ‘ThresholdTest.ino’ ח”כ אני או ‘BLEThresholdTest.ino’ ולא ‘BluefruitConfig.h’ עבור MK II ופתח ב תוכנת ה-IDE (קבצי משלימה). נתק את המחשב מהחשמל וחבר ואז, וגם אז רק, את מיקרו-בקר למחשב הנייד באמצעות כבל אפיק טורי אוניברסלי (USB). להעלות את גירסת במבחן הסף הרלוונטיים מיקרו-בקר ולאחר מכן פתח את הצג טורי (כלים > טורי צג). הפלט של EMG כעת יוצגו. להזיז את האצבע מצד לצד, להזיז את היד סביב מבלי להזיז את האצבע. רשום את הערכים המוצגים בכל מקרה ומקרה.הערה: בעת שימוש של MK II ודא שהכבלים אל תזיז כפי שהוא רגיש מאוד רעש שנוצר בדרך זו. בחר ערך מעל מה הוא ראה היד זז, אבל מתחת מה נתפסת כאשר האצבע מועבר מצד לצד. לכתוב ערך זה.הערה: הערך נבחר כך המכשיר יופעל רק ע י תנועה תכליתית של האצבע. זהו ערך ההדק, הערך שבו ההתקן יופעל. החיישן שריר יש הגדרת רווח זה יכול להשתנות באופן ידני אם ערך הסף הוא קשה למצוא. האלקטרודות ייתכן שתצטרך להיות מוחלף. אם משתמש את השריר האצבע החוטף, הגדר את הרווח מינימום כנקודת ההתחלה. הגדרת רווח היא שונה על-ידי נגד משתנה על חיישן שריר מסומן על ידי רווח, זה ניתן לשינוי על-ידי מברג שטוח קטן. 3. מבחן סף הורד ‘BoomTest.ino’ ח”כ אני או ‘BLEBoomTest.ino’, BluefruitConfig.h עבור-MK II ולפתוח אותו בתוכנת ה-IDE. לערוך את קוד שסופק על-ידי החלפת ‘PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE’ עם הערך על ההדק הסף נקבע בעבר בשלב 2.8. . זה קו 37 של הקוד עבור-MK אני ו קו 47 של הקוד עבור-MK II. להעלות את הגירסה הנכונה של BoomTest מיקרו-בקר ולאחר מכן פתח את הצג טורי (כלים > טורי צג). הזיזו את היד סביב (לא הזזת האצבע מצד לצד); שום דבר לא נראה על הפלט טורי. להזיז את האצבע מצד לצד; המילה ‘בום’ מופיעה.הערה: אם ‘בום’ מופיע בזמן הלא נכון או בכלל לא, בדוק את חיבורי וזוז חזרה לשלב 2.7 4. 3D להדפיס את התיק MK II אם בונה את MK II, הורד את הקבצים stl עבור כל הרכיבים 5 של המקרה (ראה איור 7 כל 5 חלקים). הדפס את החלקים של המקרה לפי כל שיטה מועדפת. המשך לשלב 5.2. אם בונים את ח”כ, נעבור סעיף 5.הערה: במקרה בהצלחה הודפס על-ידי שני התצהיר מאוחה דוגמנות16 (FDM) ו פוטוליתוגרפיה מדפסות17. 5. הלחמה לוח הבקרה הערה: אם בונה את MK II, המשך לשלב 5.2. במקום שורה של שני פינים עליונה, 10 חמש KΩ נגדים, מתג הסטה של שני מתגים לדחוף כפתור עבור הרכיבים של מוצג באיור 8A; אז לכל אותם במקום על החלק התחתון של הלוח. לשבור את פסי נחושת על הלוח חשפנות מאת שחותכות. עם סכין מלאכה, בעקבות השורות האפורים באיור 8א. דבר זה מאפשר רצועות בודדות יש תפקידים רבים על פני הלוח. חתוך את החוטים 7 (שחור, אדום, כחול, כתום, לבן, חום וצהוב) באורך הנכון עם חותך חוט כך הם יפעלו מן האמה לזרוע העליונה (בסביבות 30 ס מ). תחתוך את החוט האדום של 7 ס מ, חוט שחור של 3 ס מ. ותפוז, חוט התכלת של 4 ס מ. רצועה בשני הקצוות של החוטים עם חשפנית תיל. מקם את החוטים בלוח הבקרה, בעקבות את דיאגרמת מעגל שמוצג באיור 9; הלחמה את החוטים במקום בצד התחתון. לבדיקות החוטים זמן אדום ושחור על זוג סיכות עליונה ולאחר מכן לבדיקות החוטים ארוכים אחרים כדי רצועה של כותרת סיכות לפי הסדר: תכלת, כתום, לבן, חום, צהוב. הלחמה 5V וסיכות GND של המודול האלחוטי כדי הפינים כותרת בלוח הבקרה. הלחמה חוט כתום קצר סיכה 2 של המודול תקשורת אלחוטית, החוט הכחול קצר להפיל 3. מקום 10 שלושה KΩ, מתג הסטה נגדים לדחוף שני לחצנים מפסקים כפי שמוצג באיור 10א, לכל אותם למקומם על החלק התחתון של הלוח. לשבור את פסי נחושת על הלוח חשפנות מאת שחותכות. עם סכין מלאכה, בעקבות השורות אפור על איור 10A. דבר זה מאפשר המסלול יש פונקציות מרובות על הלוח. חותכים את החוטים אשר היו בעבר מולחמים על מיקרו-בקר עם חותך חוט כך שהם יכולים לרוץ דרך השכבה אמצע של המקרה מיקרו ללוח הבקרה מבלי לעצור את התיק מסגירת (איור 10ב’). מקם את החוטים בלוח הבקרה, בעקבות הדיאגרמה במעגל (איור 11). הלחמה את החוטים במקום. המשך לשלב 6.2. 6. מרכיבים את השלט ולעדכן מיקרו-בקר מחדש להרכיב את השלט ביונית, חיבור המחברים כותרת מהפקד לוח חוטים מיקרו-בקר של ביו-אותות מגן (5V, GND-MK אני, pin 22-30 על MKII). לחבר את הסוללה מיקרו-בקר. ראה איור 12. לעבור שלב 6.3. להרכיב מחדש את השלט ביונית, מתחבר המחבר כותרת מיקרו החיישן שריר (החוט הירוק כדי SIG). ראה איור 13. חבר של מיקרו-בקר למחשב הנייד באמצעות כבל USB. הורד את ‘BionicClicker.ino’ או ‘ BLEBionicClicker.ino ו- BluefruitConfig.h ולפתוח אותו בתוכנת ה-IDE. לערוך את הקוד והחלף ‘PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE’ ערך ההדק הסף שנקבע בשלב 2.7 (על קו 59 של הקוד עבור-MK, קו 83 של הקוד עבור-MK II).הערה: ניתן לשנות את שם ההתקן MK II מופיע בעת התחברות דרך wireless על-ידי עריכת קו 47 של הקוד. החלף ‘Bionic השלט MK II’ כותרת חלופית. נתק את מיקרו-בקר המחשב הנייד על-ידי הסרת כבל ה-USB. 7. לחבר את המכשיר למחשב אם משתמש את ח”כ, בצע את ההוראות כדי לשייך את מודול אלחוטי למכשיר על ידי ביצוע של היצרן מדריך18. אם משתמש-את MK II, חבר ההתקן באופן אלחוטי בעקבות ההליך כדי לחבר מקלדת אלחוטית למחשב בשימוש. 8. לבדוק את השלט פתח את תוכנות הקלדה מסוימות, הזן טקסט, כגון “Lorem ipsum dolor sit amet”. פעולה זו מאפשרת את ההדפסה שיתיחסו אלי כדי לבדוק אם פקודות אלה נשלחות ומתקבלות.הערה: אם הסוללה נמוכה המכשיר ייתן התנהגות בלתי יציבה; השתמש תמיד סוללה טריים. לחץ על הלחצן קדימה ידנית כדי לראות את הסמן לנוע קדימה ואת המדריך לחצן אחורה לראות את הסמן לעבור אחורה. הרימו את האצבע המורה גם להמשיך הלאה. כדי לבדוק את השלט עם תוכנת המצגת, להעלות את האצבע כדי להתקדם השקופיות.הערה: המתג עקיפה ומכבה את הפונקציה EMG, ואת המדריך קדימה ואחורה כפתורים התקדמות לסגת השקופיות בשני התרחישים. 9. לטעון את השלט הערה: אם בונים את MK II לעבור שלב 9.2. אם בונים את ח”כ, לחתוך את דו-צידית הוק ואני לולאה חומר עם מספריים, כך שיתאים בנוחות סביב פרק כף היד. ודא שהלולאות פונות פנימה לא לגרד את פרק כף היד. לחתוך את הקרס דו-צדדית לולאה חומר כך שיתאים בנוחות סביב הזרוע, שוב לוודא שהלולאות הפנים פנימה. לחתוך את הקרס דו-צידית, לולאה רצועות בהתאם לגודל של מיקרו-בקר (10 ס מ x 5 ס מ) של לוח הבקרה (2.5 ס”מ על 6.4 ס”מ). לחתוך רצועה שיתאימו בצורה הדוקה סביב הסוללה (4 ס מ x 12 ס מ). באמצעות אקדח הדבק, הדבק לולאה בצד הרצועות כדי התחתון של מיקרו והחלק התחתון של לוח הבקרה. לצרף את לוח הבקרה המתקן. לצרף הרצועה זרוע מיקרו של הסוללה. לחבר הכל: סוללה 9 V מחובר מיקרו-בקר עם מחבר PP3. המגן מיקרו-בקר ו e-בריאות להתחבר ללוח הבקרה באמצעות החוטים מולחם.הערה: ח”כ אני כבר סיימתי. אם בונים את MK II, לחתוך דו-צדדית הוק לולאה וחומר 35 מ מ רחב, מספיק זמן לגלוש סביב כף היד (בסביבות 22 ס”מ על פרקי כף היד קטנה יותר). החלק את החומר הוק, לולאה דרך הקליפים בתחתית התיק. ודא הלולאות פונות פנימה לא לגרד את פרק כף היד. חבר את החוטים מולחמים על מיקרו-בקר הפסקת בכותרת הנשי אל הפינים זכר עליונה על החיישן שריר ולאחר קליפ האלקטרודות לתוך שהכבלים EMG על-ידי לחיצה עליהם.הערה: MK II הסתיימה ראה איור 14.

Representative Results

MK II הוא במחיר נוח יותר, הניתנות להתאמה אישית ובעלות פחות מסורבלת יותר-MK. אני מתקן. כולו ש-MK II עולה רק במעט יותר המגן ביו-אותות לבד (USD 75). ההתקן הוא יושב הקטנה משמעותית על פרק כף היד ולא את הזרוע של מיקרו-בקר אלחוטי יכול פוטנציאלי בו-זמנית ותמיכה תשומות מחיישנים שריר 6. חיי הסוללה פונקציונלי של ח”כ אני המכשיר הוא פחות משעה באמצעות סוללה mAh V 550 9, אורך חיי הסוללה פונקציונלי של המכשיר MK II (כאשר הוא משמש בשלט רחוק) הוא כ- 8 שעות באמצעות סוללה mAh V 150 3.7; ראה טבלה 1 השוואה של המכשירים. השלט הביוני MK II יכול להיות בעיה כשמחילים אותה על האצבע החוטף: המגבר יכולים להרוות ולקחת שניה או יותר לשחרר (ראה איור 15). זהירות על מיקום האלקטרודות והגדרת כראוי את הרווח ניתן להתגבר על בעיה זו. זה לא קורה עם ח”כ הביוני השלט. אני או על כל אחד אחר נפוץ שרירים EMG. בזמן כיול המכשירים כדי למצוא את הערך על ההדק הסף, ניתן לצפות הרבה ערכים שונים. הם נחלקים שלושה טווחי: הערכים כאשר היד הוא נייח, הערכים כאשר היד עוברת, ואת הערכים כאשר האצבע מועבר. בטבלה 2 מציג ערכים מוקלטות כל טווח; עבור נייחים ו להעביר טווחים, מוצגים הערכים המרבי, האצבע מקשיח טווח מוצג הערך המינימלי. ערך הסף נבחר לשקר מעל היד העברת הערך ומתחת את האצבע מקשיח את הערך. הערך קרוב היד נע טווח מגדילה את הסיכוי של חיובי כוזב, מקטין את הסיכוי במילות שלילה שווא, בעוד ערך קרוב יותר את האצבע מקשיח טווח יש השפעה הפוכה. שני ההתקנים שבהם נבחנים עבור שליליות כוזבות חיוביות שגויות מקשיח את השריר מדדי החוטף. תוצאה שלילית שגויה נרשם כאשר המכשיר באמת לא הפעיל שינוי שקופית על דרוכה של השריר, חיובי כוזב הוקלט אם השקופית משתנה כאשר לא מקשיח אירעה. המכשיר וגם לא היה לי בעיה עם תוצאות חיוביות שגויות, למרות המכשיר MK II חווה מדי פעם שלילית (פחות מ-5% מהזמן). ח”כ אני התקן חוויות אין תוצאות false חיוביות או שליליות במהלך 45 הדקות הראשונות של המבצע, למרות מספר שווא נגטיב מגדיל במהירות עד כשל בהתקן הכולל בין רבע שעה (ראו טבלה 3). תוצאות אלו מראות כי המכשיר הצליח המוצהרות שלה. טבלה 1 מראה MK II הוא יותר זול יש גמישות רבה יותר מאשר המופע ח”כ א בטבלה 2 ו- 3 טבלה בפונקציות המכשיר כמו המיועד, יכול לשמש מכשיר בגורם מפעיל מבוסס-EMG. איור 15 מציג את הבעיות שעלולות להתרחש אם משתמש לשריר מדדי החוטף: זו לא בעיה המתרחשת עם רוב השרירים והוא יכול להיות קבוע על ידי שינוי של הרווח. למרות המכשירים יש כמה בעיות, הם מספיק עבור השימוש המיועד. איור 1: אני ח”כ הביוני השלט זה מראה את השלט הביוני ח”כ אני וכל רכיביו רכוב על זרוע שמאל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 2: דיאגרמת בלוק של המכשירים. כל תיבת מייצג אגף נפרד של המכשיר; בתוך כל תיבה היא הפונקציונליות הכוללת סעיף כחלק של המכשיר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 3 : צעדים כדי לבנות את המכשיר. תרשים זרימה המכיל סקירה ברמה גבוהה של כל שלב של הפרוטוקול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 4 : ח”כ הראשונית אני הרכבה. מיקרו-בקר עם מגן את ביו-אותות וכבל אלקטרודה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 5: הרכבה ראשונית MK II. מיקרו-בקר עם חיישן השריר ואת חיבורי מולחם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 6 : מיקום האלקטרודות. איור זה מציג את המיקום הנכון של האלקטרודות על היד בעת שימוש את האצבע החוטף. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 7 : חלקי במקרה MK II. החלקים של המקרה MK II מוכן להדפסה במדפסת פוטוליתוגרפיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 8 : ח”כ לשלוט במעגל. () המעגל מלמעלה (אפור סימני שבו הלוח רצועת היו אנשי קשר שבור בחלק התחתון). (b) הושלם המעגל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 9 : ח”כ לשלוט דיאגרמת מעגל הלוח. דיאגרמת מעגל עבור-MK אני שולטת לוח מציג את החיבורים בין מתגים נגדים, חוטים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 10 : ח”כ לשלוט במעגל. () לוח הבקרה מלמעלה (סימן אפור איפה המנהלים רצועת היה קשר שבור בחלק התחתון). (b) הושלם המעגל אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 11: דיאגרמת מעגל של לוח הבקרה MK II. דיאגרמת מעגל עבור-MK אני שולטת לוח מציג את החיבורים בין מתגים נגדים, חוטים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 12 : א ח”כ שהורכב זה מראה את כל הרכיבים של-MK אני התקן לפני שהם יש רכוב על הזרוע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 13 : הרכבת את השלט MK II. () המקום מיקרו-בקר בתחתית התיק. (b) הכנס את הסוללה בחלק האמצעי, שים את המכסה. (ג) מקום החיישן שריר במקרה שלה, שים את המכסה. (ד) להתחבר מיקרו את החיישן שריר וחבר את הסוללה מיקרו-בקר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 14 : הושלמה הביוני השלט MK II. () על הרצועה הוק, לולאה. (b) על פרק כף היד. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 15: Oversaturation של החיישן שריר. איור זה מציג מה קורה כאשר החיישן השריר הוא רווי; מישורים בעת הפעלת שריר היה חזק מדי עבור הגדרת הרווח הנוכחי על המכשיר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. ח”כ אני MK II EMG חיישן גנרל ביו-חיישן חיישן שריר ייעודי תקשורת אלחוטית מודול אלחוטי נפרדים על הלוח מיקרו-בקר EMG מעל אלחוטית? לא כן סוללה 9 V PP3 150 mAh LiPo זמן מבצעית 1 h 8 שעות זמן 5 שעות 4 שעות סה כ עלות 150 דולר 80 דולר תוצאות חיוביות שגויות (%) 0 0 התשלילים שווא (%) 0 4.7 טבלה 1: השוואה בין המכשירים. טבלה זו משווה בין מספר היבטים של המכשירים, משלב התכנון ועד פונקציונליות. נייחים (מקסימום) ידו נעה (מקסימום) Tensing האצבע (מינימום) ערך הסף ח”כ אני 25 35 215 200 MK II 40 280 460 400 בטבלה 2: תוצאות הכיול. טבלה זו מציגה את הערכים שהתקבלו תוך שמירה על היד נייח, הזזת את היד ואת האצבע דרוכה, כמו גם את ערך הסף שנבחרו. מספר שלילי כוזב (נבדק כל 30 s) מספר תוצאות חיוביות שגויות (ספונטנית הפעלות) הראשון 45 min 45 min – 1 h h 1-8 H הראשון h 1-8 ח”כ אני 0 35 N/A 0 N/A MK II 4 1 40 0 0 טבלה 3: בדיקות של המכשירים. השוואה של תוצאות חיוביות שגויות. ותשלילים שווא בין שני ההתקנים. קוד משלים קבצים עבור ח”כ I ו- MK II:לחץ כאן כדי להוריד את “BionicClicker.ino”אנא לחץ כאן כדי להוריד את “BLEBionicClicker.ino”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “BLEBoomTest.ino”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “BLEThresholdTest.ino”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “BoomTest.ino”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “ThresholdTest.ino”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “נוצה-Featherbase.stl”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “נוצה-Feathermid.stl”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “נוצה-Feathertop.stl”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “Myo-Myobase.stl”.אנא לחץ כאן כדי להוריד את “Myo-Myolid.stl”.

Discussion

הרוויה של MK II כשמחילים אותה על האצבע החוטף הוא בעיה פחות הוא הראשון במאי להופיע. המיקום זהיר של האלקטרודות ונכון לקבל הגדרת עצירות זה מלהיות בעיה כאשר המכשיר משמש בשלט רחוק. אלא אם כן מעוניינת הקלטה במדויק את הפעילות של המדדים החוטף, זה סביר להניח שהבעיה בכלל. כבר ראיתי אין רוויית יתר על כל שריר אחר אחרי רווח טרם נקבע. התשלילים שווא עם-MK II הן בשל הקושי של בחירת ערך הסף תקין בעת שימוש את האצבע החוטף. עם שרירים גדולים יותר ההבדל בין היקף ההפעלה הלא-תכליתי של שריר מקשיח תכליתית של השריר גדול, המאפשר בחירת נקודת הסף כי הוא רחוק יותר חיובי-false והן שווא-שלילי נקודות. על ידיים קטנות במיוחד השריר האצבע החוטף עשוי להיות קטן מדי עבור האלקטרודות להציב כראוי (אם כי עם רפידות אלקטרודה קטנה יותר זה יכול באופן פוטנציאלי להיפתר).

חיי הסוללה באופן משמעותי יותר עבור-MK II הוא שימושי עבור מגוון סיבות. ראשית, ח”כ אני המכשיר התחיל להתנהג באופן לא יציב לאחר 45 דקות של שימוש, כך שהוא לא יכול לשמש להפגנות ארוך יותר. שנית עם חיי הסוללה שעות מרובות, MK II יכול להיחשב פקד קלט עבור התקן שימושי, עם רק עלייה קטנה בגודל סוללה פיזי, זה יכול לשמש גם מכשיר ניטור כל היום. מיקרו-בקר אלחוטי יש 6 כניסות אנלוגי ו- 13 כניסות דיגיטליות; משמעות הדבר היא כי המכשיר יכול לקבל אותות מחיישנים שרירים מרובים כדי ליצור התקן עם דרגות חופש נוסף ב הקלט שליטה. יש גם לציין כי החיישן שריר יכול להיות מוחלף על ידי כל ביוסנסור עם פלט אנלוגי כדי ליצור התקן המשתמש אותות ביולוגיים אחרים כקלט. הקוד של המכשיר גם ניתן בקלות לשנות כדי לשנות את הפונקציונליות שלו. שינויים התוכנה והחומרה של המכשיר מאפשרים שינויים פשוטים ומגוונים על המכשיר.

מגבלה אחת של המכשיר כפי שזה נראה כרגע היא כי הפלט EMG לא ניתן לשלוח באופן אלחוטי בקצב נתונים גבוה כמו זה יכול להעמיס את המאגר מיקרו-בקר אלחוטי. מגבלה נוספת היא הטכניקה משתמשת המדדים החוטף כקלט, כמו השריר הוא קטן מאוד, מרווח האלקטרודות מצד כמעט חופפים; אם למישהו יש ידיים קטנות במיוחד, ייתכן שיהיה אפשרי למיקום האלקטרודות כראוי מעל השריר הזה.

להתקן יש מספר יתרונות על המכשירים היקרים יותר כשמדובר גמישות פרוייקטים מחקר פוטנציאליים. זה עלות נמוכה: המכשיר עולה 80 דולר, ערוצי EMG נוסף עלה רק 35 דולר ארה ב, מה שהופך אותו אידיאלי עבור קטן יותר או עבודות סטודנטים. זה קל להתאים אישית התוכנה ניתן לערוך בקלות, לשנות הקלט עבור חומרה אחרים. יש בגודל קטן, אז אדם זה אינו צריך לסחוב ציוד כבד או מגושם. הוא גם מופיע מקלדת אלחוטית להתקנים אחרים, אז זה ניתן לשלב בקלות עם כל התקן אלחוטי תואם. המכשיר כבר שולבו מכשיר עזר יפורסמו בעתיד ליד.

עקב גודל להקל על התאמה אישית של-MK II, כבר ומדובר על השתלבות מספר פרויקטים מחקריים מודול אלחוטי EMG וכן מנגנון ההדק אלחוטית. זה גם משמש כבסיס באחד המפגשים מעבדה במסלול של תלמיד מאסטר. השיפור העיקרי שברצוננו להפוך התקן זה כדי להגביר את קצב שידור אלחוטי; המטרה היא להשיג 10 הרץ, בין אם זה ייעשה באמצעות חומרה או תוכנה הוא עדיין נקבע.

השלבים הקריטיים ביותר בתוך הפרוטוקול הם שלבים 2.6 ו- 2.7: הבחירה של ערך ההדק. בשלב 2.6, תשומת לב מיוחדת צריך להיות משולם את תנועת שהכבלים EMG, כמו אלה יכולים לשמש אנטנה וליצור חפצים תנועה; עם זאת, אם אלה נשמרים נייח זה לא בעיה. בשלב 2.7, אם הערך הנבחר הוא גבוה מדי, התוצאה התשלילים שווא. אם ערך זה נמוך מדי, התוצאה תוצאות חיוביות שגויות. במקרה של האצבע החוטף, קשה מאוד למצוא ערך לא תגרום השליליות שקר מדי פעם, למרות עם שרירים גדולים יותר זה אינו מופיע להיות עניין. אם מציאת הערך הנכון היא עדיין בעיה, ניתן לתקן את הרווח על-ידי הגדרת את זה לערך המינימלי להגדיל אותו עד הבדל גדול בין מהפעלת והפעלה נראה דרך מדידה טורי, עם הערכים נשארת מתחת לנקודה של רוויה.

הכולל MK II הוא שיפור ניכר מעל-MK. אני כהתקן מחקר פוטנציאליים, למרות כי ח”כ אני יש השפעה ויזואלית חזקה יותר, זה עשוי עדיין להיות בשימוש אירועים ששיתוף הציבור בעתיד.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

הפרויקט ממומן על ידי ההנדסה ושנה EPSRC המועצה למחקר מדעי (EP/K503745/1), המכון הלאומי לחקר הבריאות (NIHR) ביו מחקר מרכז (BRC) (BRC272/HI JG 101440) ואת הכיול עושי.

Materials

For the Mark I
Equipment
Laptop			Any laptop with USB
USB B cable			From laptop to USB-B connection on Arduino
Soldering Station
Solder
Hot glue gun
Hot glue gun glue
Items
Small Single-Core Multi-thread Wires			Black, Red, Yellow, Brown, Orange White, Blue,
Arduino MEGA 2560	Arduino	Arduino MEGA 2560	(Geniuno MEGA 2560 outside US)
E-Health Shield v2.0	Cooking Hacks	e-Health Sensor Shield V2.0 for Arduino, Raspberry Pi and Intel Galileo [Biometric / Medical Applications]
EMG cables	Cooking Hacks	Electromyography Sensor (EMG) for e-Health Platform [Biometric / Medical Applications]
EMG Electrodes	Sparkfun	SEN-12969
9V battery			Any
Power cable			PP3 9v connector with jack
Bluefruit EZ-KEY HID	Adafruit	1535
strip board	Amazon.co.uk	Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3	any similiar stripboard 2.54mm pitch 7×25
push button switch		COM-00097
slide switch	amazon.com	20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm
resistors		COM-11508
Double sided Velcro
Break Away Headers – Straight	Sparkfun	PRT-00116	2, 2 and 5 needed

For the Mark II
Equipment
Laptop			Any laptop with USB connection
USB micro cable			From laptop to USB micro (standard phone connector style)
Soldering Station			Any
Solder
Items
Small Single-Core Multi-thread Wires			Black, Red, Green, White, Blue,
Feather BLE 32U4	Adafruit	2829
MyoWare	Sparkfun	SEN-13723
EMG cables	Sparkfun	CAB-12970
EMG electrodes	Sparkfun	SEN-12969
3.7 V LiPo	Adafruit	1317
Strip Board	amazon.co.uk	Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3	2.54 pitch 7×9 rows
Push Button switch		COM-00097
slide switch	amazon.com	20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm
resistors		COM-11508
3D printed parts			Can be 3D printed yourself or printed from a website
Double sided Velcro
Break Away Headers – Straight	Sparkfun	PRT-00116	3 pins needed
Female Headers	sparkfun	PRT-00115	3 pins needed

References

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

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Magee, E. G., Ourselin, S., Nikitichev, D., Vercauteren, T., Vanhoestenberghe, A. The Bionic Clicker Mark I & II. J. Vis. Exp. (126), e55705, doi:10.3791/55705 (2017).

Automatically Generated

השלט הביוני לסמן I & II

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Tags

Play Video

Cite This Article

View Video

Automatically Generated

השלט הביוני לסמן I & II

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Tags

Play Video

Cite This Article

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below