Psaní pomocí EMG pomocí MyoWare: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Autoři:

L. Elizabeth Crawford a Dylan T. Vavra

Úvod:

V tomto tutoriálu vám ukážeme, jak vytvořit jednoduchý domácí elektromyografický (EMG) systém - za cenu asi 100 dolarů - který bude cítit aktivaci svalů z povrchu kůže a pomocí kterého odešlete stisknutí klávesy počítač, obchází klávesnici. K dosažení tohoto cíle jsme použili klasický MaKey MaKey a senzor MyoWare spolu s trochou kódování. Tento projekt také vyžaduje určité pájení. Užitečné tipy pro techniku pájení a bezpečnost najdete zde.

Nejprve vám ukážeme, jak toho dosáhnout pomocí jednoho senzoru MyoWare. Poté vám ukážeme, jak do systému přidat druhý (pro naše účely jsme použili dva).

Doufáme, že ostatní budou schopni napodobit tuto technologii DIY EMG, přizpůsobit ji svým specifickým potřebám a použít ji pro libovolný počet zajímavých aplikací. Použili jsme to v naší laboratoři experimentální psychologie na univerzitě v Richmondu k replikaci výzkumu, který ukazuje, že lidé napodobují mimiku ostatních.

Krok 1: Shromážděte své materiály

Materiály:

• Počítač
• MaKey MaKey s doprovodným USB kabelem (to byste měli zvládnout i s Arduino Leonardo, ale nezkoušeli jsme to)
• Izolátor napájení USB (pokud není vybitý z notebooku napájeného baterií), jako je například izolátor USB Adafruit - izolované 100mA nízké/plné rychlosti USB (bez obrázku)
• Senzory MyoWare
• Elektrody (x3 na snímač MyoWare) - použili jsme Covidien Kendall jednorázové povrchové EMG/EKG/EKG elektrody 1 "(24 mm)
• Odtržené záhlaví (použili jsme záhlaví ve tvaru L)
• Dráty s konektorem na jednom konci, zásuvkou na druhém
• Pájka
• Elektrická páska

Nástroje:

• Páječka
• Štípačky
• Štípačka drátu

Software:

Arduino IDE s doplňkem MaKey MaKey

Krok 2: Připravte si snímač MyoWare

1. Odlomte sadu tří odlamovacích hlaviček pro pájení na MyoWare.

2. Se snímačem MyoWare umístěným bicepsem nahoru vložte kratší konec tří záhlaví zespodu do otvorů, které mají „+“(znaménko plus, „-“(záporné znaménko) a „SIG“vedle nich. (Viz obrázek výše.)

3. Pájejte záhlaví na místo.

Krok 3: Připojte senzor MyoWare k MaKey MaKey

1. Vyberte tři dráty (ideálně různých barev), mužské na jednom konci, ženské na druhém. Délka potřebných vodičů závisí na tom, jak daleko chcete mít MyoWare od MaKey MaKey. Aby MyoWare na obličeji a MaKey MaKey spočívaly na stole, budete potřebovat asi 18 palců.

2. Rozhodněte, které funkci bude drát každé barvy sloužit. Jeden bude použit k napájení (připojení ke konektoru + na senzoru MyoWare), jeden bude použit k uzemnění (připojení ke konektoru - na senzoru MyoWare) a třetí bude použit jako signální vodič (připojení k Konektor SIG na MyoWare). Na obrázcích zobrazených v tomto pokynu používáme zelenou pro napájení, hnědou pro zem a šedou pro signál.

Krok 4: Nahrajte skicu na MaKey MaKey

1. Nainstalujte si Arduino IDE do počítače (návod zde).

2. Nainstalujte si doplněk MaKey MaKey pro Arduino (návod zde) otevřením předvoleb Arduina (Soubor> Předvolby), přechodem do textového pole URL pro další Board Manager a vložením do:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

3. V Arduino IDE klikněte na soubor, zatažením dolů vytvořte novou skicu. Zkopírujte a vložte tento kód do textového okna:

/*prahové hodnoty pro registraci stisknutí klávesy*/const int thresh1 = 1000;/*přiřazení vstupů na MaKey MaKey*/const int sensor1Pin = A3; #include "Keyboard.h" int LED (9); void setup () { pinMode (LED, OUTPUT); Serial.begin (9600);}/*Níže uvedený kód vzorkuje MyoWare každých 50 ms, odesílá jeho hodnotu na sériový port a pokud je hodnota nad prahovou hodnotou, odešle stisknutí klávesy. Můžete snížit počet vzorků častěji snížením zpoždění. Tím se hodnoty v sériovém okně hůře čtou.*/Void loop () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin); Serial.println (sensor1Val); if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin ();/ /Odešle stisknutí písmene „c“Keyboard.write ('c'); // počkejte 50 ms před opětovným zpožděním vzorkování (50);} else // počkejte 50 ms před opětovným vzorkováním zpoždění (50);}

4. Připojte MaKey MaKey k počítači. Rozbalte nabídku nástrojů a ujistěte se, že vybraná deska je Arduino Leonardo nebo MaKey MaKey. Rozbalte nabídku nástrojů na Port a ujistěte se, že na vybraném portu je název vaší vybrané desky. Nahrajte svůj náčrtek na tabuli kliknutím na šipku směřující doprava v horní části Arduino IDE.

Krok 5: Spojte všechny své součásti dohromady

1. Připojte vodiče ze senzoru MyoWare k MaKey MaKey následujícím způsobem:

• „+“Na MyoWare jde do 5V slotu na MaKey MaKey.
• „-“na MyoWare jde k zemi („země“) na MaKey MaKey.
• „SIG“na MyoWare jde do slotu A3 na MaKey MaKey.

2. Přichyťte tři elektrody k MyoWare.

3. Připojte MaKey MaKey. Pokud používáte počítač připojený k elektrické zásuvce, zapojte MaKey MaKey do napájecího izolátoru USB a poté jej zapojte do USB portu počítače. (Toto je bezpečnostní opatření, aby v případě, že se něco pokazí s napájecím zdrojem ve vašem počítači, nebyl uživatel přímo připojen k elektrické síti. Je nepravděpodobné, že by k takovému problému došlo, ale raději bychom byli v bezpečí.) Pokud používáte notebook s vybitou baterií (tj. NENÍ ZAPOJEN DO STĚNY), jste v bezpečí bez odpojovače.

4. Zkontrolujte, zda je vše napájeno. Červená LED dioda MaKey MaKey a zelená dioda MyoWare by měly svítit.

5. Očistěte pokožku tam, kde chcete MyoWare připevnit, třecím alkoholem, abyste odstranili nečistoty a oleje.

6. Odlepte lepicí podložku na elektrodách a připevněte MyoWare k pokožce. Chcete, aby dvě elektrody, které jsou na MyoWare, byly na vrcholu svalu, ze kterého chcete nahrávat. Elektroda připevněná k drátu slouží jako srovnání a měla by být umístěna mimo sval v oblasti, která nebude aktivní, když je cílový sval stažen.

7. Zkontrolujte lepidlo na elektrodách, abyste se ujistili, že je pokožka dobře utěsněna. Možná budete muset zatlačit okraje lepicích kroužků do kůže, abyste dosáhli dobrého utěsnění.

Krok 6: Nastavení prahových hodnot v Arduino IDE

1. Když je vše připojeno a zapnuto, otevřete sériový monitor v Arduino IDE kliknutím na nástroj lupy v pravém horním rohu.

2. Sériový monitor by nyní měl zobrazovat hodnoty signálu z MyoWare. Když svaly ohýbáte a uvolňujete, měli byste vidět, jak se hodnoty podle toho mění. Měli byste také vidět červenou LED na MyoWare, která se rozsvítí, když sval dostatečně zatáhnete.

3. Při sledování sériového monitoru stahujte sval s různou intenzitou a mezi kontrakcemi se uvolněte, abyste se dostali zpět na základní úroveň. Určete prahovou hodnotu, nad kterou chcete, aby kontrakce vytvořila stisknutí klávesy. Vyšší hodnoty budou vyžadovat silnější kontrakci pro registraci stisknutí klávesy; nižší hodnoty způsobí, že bude citlivější na malé kontrakce, ale také náchylnější k falešným poplachům.

4. V náčrtu Arduino změňte prahovou hodnotu (const int thresh1) z 1000 na vámi zvolenou prahovou hodnotu.

5. Zavřete sériový monitor, znovu nahrajte skicu a začněte psát pomocí EMG. Možná zjistíte, že je třeba znovu nastavit prahovou hodnotu, abyste dosáhli citlivosti tam, kde chcete. Můžete také experimentovat se zpožděním, aby vzorkovalo více či méně často.

Krok 7: Užijte si používání svého nového domácího systému EMG

Elektrody můžete umístit na mnoho míst na těle (například na obličej, jak ukazuje náš laboratorní kyborg Kyle Lee výše).

Experimentujte s umístěním elektrod a s mnoha možnostmi, k čemu byste mohli použít stisknutí kláves.

Pokračujte také ve čtení, abyste se dozvěděli, jak do tohoto systému přidat další senzor MyoWare.

Krok 8: Přidejte do svého systému EMG druhý senzor

1. Opakujte krok 2 pro druhý senzor MyoWare.

2. Chcete -li k jednomu MaKey MaKey připojit více senzorů, budete potřebovat způsob, jak získat energii pro každý z nich. Udělali jsme trochu odizolování, pájení a páskování, abychom vytvořili konektor ve tvaru Y (viz obrázek výše) a rozdělili jsme jeden výstup z napájecího zdroje MaKey MaKey na dva vodiče, které se připojují ke vstupu „+“na každém ze dvou MyoWares.

3. Připojte sloty „SIG“na senzorech MyoWare k různým A-slotům na pravé straně MaKey MaKey (níže uvedený kód předpokládá, že používáte A3 a A4).

4. Nahrajte skicu pro dva senzory:

/* tento náčrtek čte dva signály senzorů MyoWare a odešle stisknutí klávesy 'b', když jeden překročí práh, a 'c', když druhý překročí práh.* //* nastaví prahy*/const int thresh1 = 1000; const int thresh2 = 1000;/*přiřazení vstupů na MaKey MaKey*/const int sensor1Pin = A3; const int sensor2Pin = A4; #include "Keyboard.h" int LED (9); void setup () {pinMode (LED, OUTPUT); Serial.begin (9600);} void loop () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin); int sensor2Val = analogRead (sensor2Pin); Serial.print (sensor1Val); Serial.print (","); Serial.println (sensor2Val); if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin (); // Send keypress cKeyboard.write ('c'); delay (50);} if (sensor2Val> = thresh2) {Keyboard.begin (); // Odeslat stisknutí klávesy bKeyboard.write ('b'); zpoždění (50);} else // počkejte 50 ms, než znovu odeberete vzorek (50);}

5. Nyní by měly být obě hodnoty svalů viditelné na sériovém monitoru. Nastavte každý práh samostatně v náčrtu Arduino, stejně jako v kroku 6, a poté skicu znovu načtěte.

Nyní bude váš systém EMG mít dva samostatné vstupy

Pokud se budete cítit trochu divoce, můžete podle podobných postupů přidat do systému více senzorů MyoWare. Pokud se cítíte SKUTEČNĚ divokí, můžete do systému přidat dokonce další MaKey MaKey. Doporučujeme vám experimentovat s tímto designem.