Устройство была создана для демонстрации управления на основе электромиография для неспециалистов. После успеха первоначального устройства второе устройство было сделано с большей гибкостью в функциональность для демонстрационных и исследовательских целей. Этот протокол описывает процесс построения и калибровке оба устройства.
В этой рукописи, мы представляем две системы «Bionic кликер», первый для демонстрации электромиографии (ЭМГ) на основе систем управления для образовательных целей и второй для исследовательских целей. ГРП на основе управления систем подобрать электрические сигналы, генерируемые активации мышц и использовать их в качестве входных данных для контроллеров. ГРП контроллеры широко используются в Протезирование конечностей управления.
Знак I (MK I) кликер позволяет владельцу изменить слайд презентации путем повышения их указательный палец. Он построен вокруг микроконтроллера и био сигналов щит. Это вызвало много интерес со стороны общественности и научно-исследовательского сообщества.
Mark II (MK II) устройства, представленные здесь был разработан чтобы быть дешевле, изящнее и более настраиваемый система, которая может быть легко модифицирована и непосредственно передавать данные ГРП. Она построена с использованием беспроводных способны микроконтроллер и датчиков мышечной.
Aspire центр по реабилитации инженерных и вспомогательные технологии изучает методы, которые применимы и передавать между различными доменами в смежных областях, представляющих интерес, включая но не ограничиваясь, инсульт, мышечная дистрофия, ампутация, старение населения и подготовка специальных навыков. Одной из областей исследований, центр участвует в является neuroprosthesis. Многие методы, используемые для управления neuroprosthetic оружия ГРП является одним из наиболее распространенных материалов для управления систем1,2,3,4,5,6. Это в значительной степени из-за своей простоты использования и доступность по сравнению с другими системами управления7. Недавно разработанных протезы 3D-печати, такие как Ada рука может стоить всего 1000 долларов США, при использовании этого типа управления8,9,10. Однако при попытке продемонстрировать таких систем для общественности существует нет простого способа сделать это без помощи инвалида.
Для повышения осведомленности о исследовательской деятельности в этой области для представителей общественности, был разработан устройство демо бионический кликер. Это очень важно использовать объектно ориентированный демонстрации, как он привлекает внимание и ускоряет изучение и понимание предмета изучаются11. Наше устройство не только помогает научить концепции ГРП, но и для увеличения знаний текущего развития современных технологий. Кроме того она вдохновляет молодых поколений выбрать исследования в областях науки, технологии, инженерии и математики (STEM).
Бионических кликер МК я был сделан с помощью легко доступных частей, которые уже были в использовании в лаборатории. Она состояла из микроконтроллера, щит био сигналов12, электроды, управления, плата беспроводной связи и батарея 9 В. Устройство функционирует, подбирая деятельность похититель indicis мышца, расположенная между указательным и большим пальцем. Это вызывает смену слайдов, имитируя клавиатуру и отправив «право keypress» всякий раз, когда предварительно порог был достигнут. Совет управления допускается для ручной отправки «вправо» и «левый» keypresses (прогресс слайды и отступление слайды) и могут также использоваться для переопределения ГРП ввода, если все пошло не так во время живой демонстрации.
В рамках медицинской физики и биомедицинская инженерия деятельности Департамента общественного участия мы продемонстрировали Bionic кликер для представителей общественности. Он получил восторженный ответ от аудитории и интерес к начиная несколько сотрудничества. После успеха первоначального устройства была разработана вторая версия устройства.
Целью разработки второго устройства было производить устройства, которое было дешевле, менее громоздкой и более настраиваемый, чем первое устройство. Цель этого устройства было разработать то, что могут быть легко изменены для студенческих проектов и дешево включены в существующие проекты. Главное преимущество этого устройства над другими, которые доступны в1,2,3,4,5,6 является его простота использования, малый размер и низкой стоимости. Хотя бионический кликер устройства могут не иметь резолюции других исследований устройств, таких как триггер, они более чем достаточно. MK II станет идеальной основой для любой системы, которая использует ГРП порог, чтобы активировать устройство, например ортопедическая контроллера или вспомогательные устройства.
Дизайн был основан вокруг беспроводной способных микроконтроллер и датчиком мышц. Он также включены 3,7 V 150 мАч литий-полимерный аккумулятор, ручного управления и 3D-печати случай. Рисунок 3 показывает обзор различий между конструкции. MK II дизайн имеет же базовая функциональность, как оригинальное устройство, но имеет значительно больше потенциальные возможности для новых приложений, таких как беспроводной мониторинг ГРП.
Насыщение MK II при использовании на indicis похитителя является менее важной проблемой, чем это может сначала показаться. Тщательное размещение электродов и правильно получить параметр остановки, это от вопроса, когда устройство используется в качестве кликер. Если заинтересованы в точно записи активности похититель индексов, это вряд ли может быть проблемой вообще. Нет перенасыщенности был замечен на любые другие мышцы после того, как установить коэффициент усиления. Ввиду трудности выбора надлежащего порогового значения при использовании похититель indicis ложных негативы с MK II. С большие мышцы разница между масштабы не целеустремленный активации мышц и целенаправленной напрягая мышцы больше, позволяя для выбора порога точки, которая находится дальше от ложных и ложно отрицательные очки. На особенно маленькие руки мышцы indicis похититель может быть слишком мал для электродов правильно располагаться (хотя с меньше электрода колодки это потенциально может быть решена).
Значительно больше батарей для MK II является полезным для целого ряда причин. Во-первых МК я устройства начали действовать непредсказуемо после 45 минут использования, поэтому он не может использоваться для больше демонстраций. Во-вторых с нескольких часов автономной работы, MK II может рассматриваться как элемент управления, вход для полезное устройство, и с только небольшое увеличение размера физического батареи, он может использоваться как целый день устройство мониторинга. Беспроводная микроконтроллер имеет 6 аналоговых входов и 13 цифровых входов; Это означает, что устройство может принимать сигналы от нескольких датчиков мышечной для создания устройства с более степенями свободы во входных параметрах управления. Следует также отметить, что датчик мышц может быть заменена любой биосенсора с аналоговым выходом создать устройство, которое использует другие биологические сигналы в качестве входных данных. Код устройства также могут быть легко изменены изменить его функциональность. Изменения в программное обеспечение и аппаратные устройства позволяют для простых и разнообразных модификаций на устройство.
Одно ограничение устройства в его нынешнем виде является что ГРП вывода не могут быть отправлены без проводов на высокой скорости данных как это может вызвать перегрузку беспроводной микроконтроллер буфера. Другое ограничение, что метод использует индексы похититель как входные данные, и как мышцы очень мала, расстояние между электродами на руки почти совпадают; Если кто-то особенно маленькие руки, он может быть невозможно поместить электроды правильно над этой мышцы.
Устройство имеет несколько преимуществ над более дорогие устройства, когда речь заходит о гибкости в потенциал научно-исследовательских проектов. Это низкая стоимость: устройство по цене 80 долларов и дополнительные каналы ГРП только стоит 35 долларов США, что делает его идеальным для небольших или студенческих проектов. Это легко настроить, программное обеспечение может быть легко отредактирован, и входные данные изменены для других аппаратных средств. Он имеет небольшой размер, поэтому лица, носить его не нужно носить тяжеловесные или громоздкие оборудования. Он также появляется как беспроводная клавиатура для других устройств, поэтому он может легко интегрирована с любой совместимый беспроводное устройство. Устройство уже были включены в вспомогательных устройств, которые будут опубликованы в ближайшем будущем.
Из-за размера и простота настройки MK II он уже рассматривается для включения в несколько исследовательских проектов как беспроводной модуль ГРП и как беспроводной спусковой механизм. Он также используется как основа одного из лаборатории сессий на мастер студентом курса. Основные улучшения, которые мы хотели бы сделать на устройство необходимо увеличить скорость беспроводной передачи; Цель заключается в достижении 10 Гц, и ли это будет сделано путем аппаратного или программного обеспечения еще предстоит определить.
Наиболее важные шаги в рамках Протокола являются шаги, 2.6 и 2.7: выбор пороговое значение триггера. В шаге 2.6 особое внимание необходимо уделять движения ГРП кабелей, так как они могут выступать в качестве антенны и создавать артефакты движения; Однако если они хранятся стационарных это не проблема. В шаге 2.7 Если выбранное значение слишком высоко, это приводит к ложным негативов. Если это значение слишком мало, это приводит к ложных срабатываний. В случае indicis похититель это очень трудно найти значение, которое не является результатом случайного ложный отрицательный, хотя с большие мышцы это не будет проблемой. Если найти правильное значение по-прежнему является проблемой, прибыль может быть исправлена путем устанавливать минимальное значение и увеличивая его до тех пор, пока большой разницы между не Активация и активация рассматривается через последовательный индикация, с ценностями, оставаясь ниже точки насыщение.
В целом MK II является значительным улучшением по сравнению MK я как устройство потенциальных исследований, хотя потому что МК, я имеет сильный визуальный эффект, это вероятно все еще используются события в будущем общественного участия.
The authors have nothing to disclose.
Проект финансируется инженерных и естественных наук исследовательский совет EPSRC (EP/K503745/1), Национальный институт медицинских исследований (NIHR) центр биомедицинских исследований (BRC) (BRC272/HI/JG/101440) и UCL изменить органов.
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 |