デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2 番目のデバイスはデモおよび研究目的のための機能により柔軟に行われました。このプロトコルでは、構築し、両方のデバイスのキャリブレーションのプロセスについて説明します。
本稿では、2 つの人工の「クリッカー」システムを提案する最初の教育の目的および研究目的のため 2 番目の筋電図 (EMG) ベースの制御システムを示すために設計されています。EMG ベースの制御システム筋の活性化によって生成される電気信号をピックアップし、これらのコント ローラーの入力として使用します。EMG のコント ローラーは制御手足を義肢で活躍しています。
マーク私 (MK 私) クリッカーは、着用者は自分の人差し指を上げることによって、プレゼンテーションのスライドを変更するをことができます。それはマイクロ コント ローラーと計測される生体信号の周りに構築されてシールド。両方の国民の関心と研究コミュニティの多くが生成されます。
マーク II (MK II) デバイスをここで紹介は、簡単に変更することができます、直接筋データを送信、スマートな安くてよりカスタマイズ可能なシステム設計されました。それは無線対応マイコンと筋肉センサーを使用して構築されます。
熱望するセンター リハビリテーション工学・支援技術調査手法を適用し、ストローク、筋ジストロフィーに限らず関心の関連分野内の異なるドメイン間で受け渡し切断、高齢化人口、専門的なスキルのトレーニング。中心が携わっている研究の 1 つの領域はかわるです。したアームの制御に使用される多くの技術、EMG はコントロール ・ システム1,2,3,4,5,6の最も一般的な入力の 1 つです。これは使用と他の制御システム7と比較して手頃な価格の使いやすさのための大きい部分で。最近ような Ada 手制御8,9,10のこのタイプを使用する場合のみ 1,000 米ドルを要することができる補綴物の 3 D 印刷を開発しました。ただし、一般にこのようなシステムを実証しようとすると、切断の援助なしでそう簡単な方法はありません。
公衆のメンバーにこの分野での研究活動の意識を高めるためには、バイオニック クリッカー デモ装置が開発されました。非常に注目を集めているし、学習と11を教えられている科目の理解を加速するオブジェクト ベースのデモを使用することが重要です。私たちのデバイスは、EMG の概念を教えることだけでなく、近代的な技術の現在の開発の知識を高めるために役立つだけでなく。さらに、科学、技術、工学および数学 (茎) の分野内の研究を選択する若い世代を鼓舞します。
バイオニックのクリッカー MK 私はラボ内での使用に既にあった容易に入手できる部品を使用してしました。それはマイクロ コント ローラー、生体信号シールド12電極、コントロール ボード、通信ボード、9 V バッテリーから成っています。デバイスは、人差し指と親指の間にある外転筋示指の筋活動を拾うことによって機能しました。それはキーボードを模倣して事前選択されたしきい値に達したときに ‘右キー押下’ を送信スライド変更をトリガーします。コントロール ボードは、’右’ と ‘左’ キー (進行状況スライドとスライド後退) の手動送信の許可およびまたライブ デモンストレーションの間に物事が間違って場合に EMG 入力を上書きされる可能性があります。
医学物理学、医用生体工学部理解増進活動の一環として、我々 は公衆のメンバーにバイオニック クリッカーを実証しました。それは聴衆から熱狂的な応答を受信しましたし、いくつかのコラボレーションを起動するのに関心を生成します。デバイスの初期の成功の後、デバイスの 2 番目のバージョンが設計されました。
2 番目のデバイスの設計の目標は、安い、あまり使いにくく、最初のデバイスより詳細にカスタマイズされたデバイスを作ることでした。このデバイスの目的は、学生プロジェクトを簡単に変更できるし、既存のプロジェクトに組み込まれる安く何かを設計することだった。他の利用可能な1,2,3,4,5,6はその使いやすさのこのデバイスの主な利点は、小さなサイズを使用して、低コスト。バイオニック クリッカー デバイスは、トリガー デバイスなどの他の研究機器の解像度を持っていないかもしれませんが、彼らはよりも十分です。MK II は、補綴コント ローラーまたは補助デバイスなどのデバイスをトリガーする EMG しきい値を使用するあらゆるシステムのための理想的な基礎になります。
デザインは、ワイヤレス対応のマイコン周辺筋肉センサーに基づいていた。3.7 V 150 mAh リチウム ポリマー電池、マニュアル コントロール ボードと 3 D プリントされたケースも含まれています。図 3は、デザインの違いの概要を示します。MK II デザイン元のデバイスと同じ基本的な機能がワイヤレス EMG 監視などの新しいアプリケーションにかなり多くの潜在的な機能。
外転筋示指で使用するときに、MK II の鮮やかさは、それが最初は表示よりも問題の少ないです。電極と正しい慎重に配置を得るためストップの設定このクリッカーとしてデバイスを使用するとき問題であることから。転指標の活動を正確に記録に興味がない限り、これはまったく問題になる可能性が高いではないです。白とびは見られていない他の筋肉の利得が設定された後。MK II と偽陰性は、外転筋示指を使用するときに適切なしきい値を選択することの難しさが原因です。大きな筋肉と意図的な筋肉の緊張と筋肉の非意図的な活性化の大きさの差が大きい、さらに偽陽性と偽陰性の両方は、閾値を選択できます。ポイント。特に小さな手の示指外転筋は (小さい電極パッドと潜在的解決できること) が適切に配置するために電極には小さすぎるかもしれません。
MK II のかなり長いバッテリ寿命は、さまざまな理由に便利です。まず、MK 私デバイスが長いデモには使用できませんので、使用の 45 分後が不安定になる行動を開始しました。第二に複数時間のバッテリ寿命と MK II となりうる有用なデバイスの入力コントロールとのみ物理電池サイズのわずかな増加とそれは終日監視デバイスとして使用することができます。無線マイコンが 6 アナログ入力とデジタル入力の 13;これは、デバイスが制御入力の自由度がより多くのデバイスを作成する複数の筋肉のセンサーからの信号を受け入れることができることを意味します。また、筋肉センサーを入力として他の生体信号を使用してデバイスを作成するアナログ出力を備えた任意のバイオ センサーで置き換えることができますに注意する必要があります。デバイスのコードには、その機能を変更する簡単に変更できます。ソフトウェアおよびハードウェア デバイスの変更デバイスに簡単な変更を可能にします。
デバイスの 1 つの制限現在立つので、筋出力を送信できませんワイヤレス高データレートで無線マイクロ コント ローラー バッファーをオーバー ロードできますこのようです。別の制限は技術、入力として転インデックスを使用して、筋肉が非常に小さく、一方で電極の間隔がほぼ重複;誰かは、特に小さな手がある、この筋肉に電極を正しく配置できない場合があります。
デバイスに関して潜在的な研究プロジェクトの柔軟性より高価なデバイスにいくつかの利点があります。それは、低コスト: デバイスは 80 usd し、EMG の追加チャンネルだけ小さくして最適の 35 米ドルまたは学生のプロジェクトのコストします。それは簡単にカスタマイズ、ソフトウェアを簡単に編集することができます、入力がその他のハードウェアの変更します。小さいサイズで、それで、それを着ている人は、重い物やかさばる装置を運ぶ必要はありません。それは、任意の互換性のあるワイヤレス デバイスに簡単に統合できますので他のデバイスへのワイヤレス キーボードとして表示されます。デバイスは、近い将来に発行される補助デバイスに既に組み込まれています。
サイズと MK II のカスタマイズの容易さのためそれはすでにワイヤレス EMG モジュールとワイヤレスのトリガー メカニズムとして複数の研究プロジェクトに組み込むのために検討中です。また、マスター課程の演習セッションの一つの基盤として使用されているが。デバイスをしたいと思います主な改善は無線伝送速度を向上です。目標は 10 Hz を達成するために、これは、ハードウェアまたはソフトウェアを通じて行わするかどうかはまだ未定します。
プロトコルの中で最も重要なステップ、2.6 および 2.7: トリガーしきい値の選択。これらアンテナとして機能でき、運動アーティファクトを生成として筋電図ケーブルの動きに支払われる必要がありますステップ 2.6、特別な注意ただし、これらが静止した場合これは問題ではありません。2.7 の手順で選択した値が高すぎる場合、これは偽陰性の結果します。この値が小さすぎる場合は、偽陽性でこの結果します。外転筋示指の場合は、非常に大きな筋肉でこれは問題であると表示されません、時折偽陰性が発生しない値を見つけにくいです。ゲインを最小値に設定すると、値のポイント以下の滞在で、読み出しを非アクティブ化およびアクティブ化の間に大きな違いが見られるまでそれを増やすことによって修正できる場合は正しい値を見つけることはまだ問題です、飽和。
全体的に MK II は MK 上かなりの改善には潜在的な研究装置として私が MK 私は強い視覚的インパクトを持って、それはまだ使用される将来の公共関与イベントをする可能性がありますので。
The authors have nothing to disclose.
エンジニア リングによって資金を供給されるプロジェクトおよび物理科学の研究委員会の EPSRC (EP/K503745/1)、国立保健研究 (NIHR) 医学研究センター (BRC) (BRC272/こんにちは/JG/101440) UCL 研究所変更メーカー。
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 |