Πληκτρολόγηση με ΗΜΓ χρησιμοποιώντας MyoWare: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Συγγραφείς:

L. Elizabeth Crawford & Dylan T. Vavra

Εισαγωγή:

Σε αυτό το σεμινάριο, θα σας δείξουμε πώς να δημιουργήσετε ένα απλό σύστημα ηλεκτρομυογραφίας στο σπίτι (EMG) - με κόστος περίπου $ 100 - που θα αισθανθεί την ενεργοποίηση των μυών από την επιφάνεια του δέρματος και θα το χρησιμοποιήσει για να στείλει ένα πάτημα έναν υπολογιστή, παρακάμπτοντας το πληκτρολόγιο. Χρησιμοποιήσαμε ένα κλασικό MaKey MaKey και έναν αισθητήρα MyoWare για να το πετύχουμε, μαζί με λίγη κωδικοποίηση. Αυτό το έργο απαιτεί επίσης κάποια συγκόλληση. Χρήσιμες συμβουλές για την τεχνική συγκόλλησης και την ασφάλεια μπορείτε να βρείτε εδώ.

Αρχικά, θα σας δείξουμε πώς να το επιτύχετε χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα MyoWare. Στη συνέχεια, θα σας δείξουμε πώς να προσθέσετε ένα δεύτερο στο σύστημα (για τους σκοπούς μας, χρησιμοποιήσαμε δύο).

Η ελπίδα μας είναι ότι άλλοι θα είναι σε θέση να μιμηθούν αυτήν την τεχνολογία DIY EMG, να την προσαρμόσουν στις συγκεκριμένες ανάγκες τους και να τη χρησιμοποιήσουν για οποιονδήποτε αριθμό ενδιαφέρουσων εφαρμογών. Το χρησιμοποιήσαμε στο εργαστήριο Πειραματικής ologyυχολογίας στο Πανεπιστήμιο του Ρίτσμοντ για να επαναλάβουμε την έρευνα που δείχνει ότι οι άνθρωποι μιμούνται τις εκφράσεις του προσώπου των άλλων.

Βήμα 1: Συγκεντρώστε τα υλικά σας

Υλικά:

• Υπολογιστή
• MaKey MaKey με συνοδευτικό καλώδιο USB (θα πρέπει να μπορείτε να το κάνετε αυτό και με ένα Arduino Leonardo, αλλά δεν το έχουμε δοκιμάσει)
• Απομονωτής ισχύος USB (εκτός αν τρέχει φορητός υπολογιστής με μπαταρία), όπως το Adafruit USB Isolator - 100mA Isolated Low/Full Speed USB (δεν απεικονίζεται)
• Αισθητήρες (ες) MyoWare
• Ηλεκτρόδια (x3 ανά αισθητήρα MyoWare) - χρησιμοποιήσαμε ηλεκτρόδια μίας χρήσης Covidien Kendall Surface EMG/ECG/EKG 1 "(24 mm)
• Κεφαλίδες Breakaway (χρησιμοποιήσαμε κεφαλίδες σε σχήμα L)
• Σύρματα με αρσενικό σύνδεσμο στο ένα άκρο, θηλυκό στο άλλο
• Κόλλα μετάλλων
• Ηλεκτρική ταινία

Εργαλεία:

• Συγκολλητικό σίδερο
• Κόφτης καλωδίων
• Διαχωριστής καλωδίων

Λογισμικό:

Arduino IDE με πρόσθετο MaKey MaKey

Βήμα 2: Προετοιμάστε τον αισθητήρα MyoWare

1. Διαχωρίστε ένα σύνολο τριών κεφαλίδων για συγκόλληση στο MyoWare.

2. Με τον αισθητήρα MyoWare τοποθετημένο με τον δικέφαλο στραμμένο προς τα πάνω, εισάγετε το μικρότερο άκρο των τριών κεφαλίδων από κάτω στις οπές που έχουν "+" (σύμβολο συν ","-"(αρνητικό πρόσημο) και" SIG " δίπλα τους. (Δείτε την εικόνα παραπάνω.)

3. Συγκολλήστε τις κεφαλίδες στη θέση τους.

Βήμα 3: Συνδέστε τον αισθητήρα MyoWare στο MaKey MaKey

1. Επιλέξτε τρία καλώδια (ιδανικά διαφορετικών χρωμάτων), αρσενικά στο ένα άκρο, θηλυκά στο άλλο. Το μήκος των καλωδίων που χρειάζεστε εξαρτάται από το πόσο μακριά θέλετε να είναι το MyoWare από το MaKey MaKey. Για να έχετε το MyoWare στο πρόσωπο και το MaKey MaKey να ακουμπά σε ένα τραπέζι, θα χρειαστείτε περίπου 18 ίντσες.

2. Αποφασίστε ποια λειτουργία θα εξυπηρετήσει το σύρμα κάθε χρώματος. Το ένα θα χρησιμοποιηθεί για τροφοδοσία (σύνδεση στο σύνδεσμο + στον αισθητήρα MyoWare), ένα θα χρησιμοποιηθεί για γείωση (σύνδεση στο - συνδετήρα στον αισθητήρα MyoWare) και το τρίτο θα χρησιμοποιηθεί ως καλώδιο σήματος (σύνδεση στο Υποδοχή SIG στο MyoWare). Στις εικόνες που φαίνονται σε αυτό το οδηγό, χρησιμοποιούμε πράσινο για ισχύ, καφέ για έδαφος και γκρι για σήμα.

Βήμα 4: Ανεβάστε το Σκίτσο στο MaKey MaKey

1. Εγκαταστήστε το Arduino IDE στον υπολογιστή σας (Εκμάθηση εδώ).

2. Εγκαταστήστε το πρόσθετο MaKey MaKey για Arduino (Εκμάθηση εδώ) ανοίγοντας τις προτιμήσεις Arduino (Αρχείο> Προτιμήσεις), μεταβαίνοντας στο πλαίσιο κειμένου Πρόσθετες διευθύνσεις διευθύνσεων πίνακα και επικολλώντας:

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

3. Στο Arduino IDE, κάντε κλικ στο αρχείο, τραβήξτε προς τα κάτω για να δημιουργήσετε ένα νέο σκίτσο. Αντιγράψτε και επικολλήστε αυτόν τον κώδικα στο παράθυρο κειμένου:

/*κατώφλια για την καταχώρηση ενός πλήκτρου*/const int thresh1 = 1000;/*ανάθεση εισόδων στο MaKey MaKey*/const int sensor1Pin = A3; #include "Keyboard.h" int LED (9); void setup () { pinMode (LED, OUTPUT); Serial.begin (9600);}/*Ο παρακάτω κώδικας δεικνύει το MyoWare κάθε 50 ms, στέλνει την τιμή του στη σειριακή θύρα και εάν η τιμή είναι πάνω από το κατώφλι, στέλνει ένα πάτημα πλήκτρου. Μπορείτε να κάνετε πιο συχνά δειγματοληψία μειώνοντας την καθυστέρηση. Αυτό θα δυσκολέψει την ανάγνωση των τιμών στο σειριακό παράθυρο.*/Void loop () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin); Serial.println (sensor1Val); if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin ();/ /Στέλνει το πάτημα του γράμματος "c" Keyboard.write ('c'); // περιμένετε 50 ms πριν από τη δειγματοληψία againdelay (50);} else // περιμένετε 50 ms πριν από τη δειγματοληψία againdelay (50);}

4. Συνδέστε το MaKey MaKey στον υπολογιστή σας. Τραβήξτε προς τα κάτω το μενού εργαλείων και βεβαιωθείτε ότι ο επιλεγμένος πίνακας είναι Arduino Leonardo ή MaKey MaKey. Τραβήξτε προς τα κάτω το μενού εργαλείων στη Θύρα και βεβαιωθείτε ότι η επιλεγμένη θύρα έχει το όνομα της επιλεγμένης πλακέτας σας. Ανεβάστε το σκίτσο σας στον πίνακα κάνοντας κλικ στο βέλος προς τα δεξιά στο πάνω μέρος του Arduino IDE.

Βήμα 5: Συνδέστε όλα τα στοιχεία σας μαζί

1. Συνδέστε καλώδια από τον αισθητήρα MyoWare στο MaKey MaKey ως εξής:

• Το "+" στο MyoWare πηγαίνει στην υποδοχή 5V στο MaKey MaKey.
• Το "-" στο MyoWare πηγαίνει στο έδαφος ("γη") στο MaKey MaKey.
• Το "SIG" στο MyoWare πηγαίνει στην υποδοχή A3 στο MaKey MaKey.

2. Τραβήξτε τρία ηλεκτρόδια στο MyoWare.

3. Συνδέστε το MaKey MaKey. Εάν χρησιμοποιείτε υπολογιστή συνδεδεμένο σε πρίζα, συνδέστε το MaKey MaKey σε απομονωτή ρεύματος USB και, στη συνέχεια, συνδέστε τον στη θύρα USB του υπολογιστή. (Αυτή είναι μια προφύλαξη ασφάλειας, ώστε εάν κάτι δεν πάει καλά με την παροχή ρεύματος στον υπολογιστή σας, ο χρήστης δεν είναι άμεσα συνδεδεμένος με το ηλεκτρικό δίκτυο. Είναι απίθανο να προκύψει τέτοιο πρόβλημα, αλλά προτιμάτε να είστε ασφαλείς.) Εάν χρησιμοποιείτε φορητό υπολογιστή που εξαντλείται από μπαταρία (δηλ. ΔΕΝ ΣΥΝΔΕΣΕΤΑΙ ΣΤΟΝ ΤΟΙΧΟ) είστε ασφαλείς χωρίς τον απομονωτή.

4. Ελέγξτε για να δείτε ότι όλα είναι ενεργοποιημένα. Το κόκκινο LED MaKey MaKey και το πράσινο LED MyoWare θα πρέπει να ανάβουν και τα δύο.

5. Καθαρίστε το δέρμα όπου θέλετε να τοποθετήσετε το MyoWare με αλκοόλ για να αφαιρέσετε τη βρωμιά και τα έλαια.

6. Ξεκολλήστε το αυτοκόλλητο υπόστρωμα στα ηλεκτρόδια και συνδέστε το MyoWare στο δέρμα. Θέλετε τα δύο ηλεκτρόδια που βρίσκονται στο MyoWare να βρίσκονται πάνω από τον μυ από τον οποίο θέλετε να κάνετε εγγραφή. Το ηλεκτρόδιο που συνδέεται με το σύρμα χρησιμεύει ως σύγκριση και πρέπει να τοποθετηθεί εκτός του μυός σε μια περιοχή που δεν θα είναι ενεργή όταν συστέλλεται ο μυς στόχος.

7. Ελέγξτε την κόλλα στα ηλεκτρόδια για να βεβαιωθείτε ότι έχετε καλή στεγανοποίηση στο δέρμα. Mayσως χρειαστεί να πιέσετε τις άκρες των κολλητικών δακτυλίων στο δέρμα για να πάρετε μια καλή σφράγιση.

Βήμα 6: Ρύθμιση ορίων στο Arduino IDE

1. Με όλα συνδεδεμένα και ενεργοποιημένα, ανοίξτε τη σειριακή οθόνη στο Arduino IDE κάνοντας κλικ στο εργαλείο μεγεθυντικού φακού στην επάνω δεξιά γωνία.

2. Η σειριακή οθόνη θα πρέπει τώρα να εμφανίζει τις τιμές του σήματος από το MyoWare. Καθώς λυγίζετε και χαλαρώνετε τον μυ, θα πρέπει να δείτε τις τιμές να αλλάζουν ανάλογα. Θα πρέπει επίσης να δείτε το κόκκινο LED στο MyoWare να ανάβει όταν συστέλλετε τον μυ αρκετά σκληρά.

3. Ενώ παρακολουθείτε τη σειριακή οθόνη, συσπάστε τον μυ με διαφορετικές εντάσεις, φροντίστε να χαλαρώσετε ανάμεσα στις συσπάσεις για να επιστρέψετε στην αρχική γραμμή. Καθορίστε μια τιμή κατωφλίου πάνω από την οποία θέλετε η συστολή να παράγει ένα πάτημα πλήκτρου. Οι υψηλότερες τιμές απαιτούν ισχυρότερη συρρίκνωση για την καταχώρηση του πλήκτρου. χαμηλότερες τιμές θα το κάνουν πιο ευαίσθητο σε μικρές συστολές αλλά και πιο επιρρεπές σε ψευδείς συναγερμούς.

4. Στο σκίτσο του Arduino, αλλάξτε την τιμή κατωφλίου (const int thresh1) από 1000 στο επιλεγμένο όριο.

5. Κλείστε τη σειριακή οθόνη, ανεβάστε ξανά το σκίτσο και ξεκινήστε να πληκτρολογείτε με EMG. Μπορεί να διαπιστώσετε ότι πρέπει να προσαρμόσετε εκ νέου το όριο για να αποκτήσετε την ευαισθησία εκεί που θέλετε. Μπορείτε επίσης να πειραματιστείτε με την καθυστέρηση, ώστε να κάνει δειγματοληψία περισσότερο ή λιγότερο συχνά.

Βήμα 7: Απολαύστε τη χρήση του νέου σας σπιτικού συστήματος ΗΜΓ

Μπορείτε να τοποθετήσετε τα ηλεκτρόδια σε πολλά μέρη στο σώμα (για παράδειγμα, στο πρόσωπο, όπως απεικονίζει το εργαστήριο μας το cyborg Kyle Lee παραπάνω).

Πειραματιστείτε με τοποθεσίες για την τοποθέτηση των ηλεκτροδίων και με τις πολλές δυνατότητες για το τι θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε για να κάνετε τα πατήματα πλήκτρων.

Επίσης, συνεχίστε να διαβάζετε για να μάθετε πώς μπορείτε να προσθέσετε έναν άλλο αισθητήρα MyoWare σε αυτό το σύστημα.

Βήμα 8: Προσθέστε έναν δεύτερο αισθητήρα στο σύστημά σας ΗΜΓ

1. Επαναλάβετε το Βήμα 2 για έναν δεύτερο αισθητήρα MyoWare.

2. Για να συνδέσετε πολλαπλούς αισθητήρες σε ένα MaKey MaKey, θα χρειαστείτε έναν τρόπο για να τροφοδοτήσετε τον καθένα. Κάναμε λίγη απογύμνωση σύρματος, συγκόλληση και χτύπημα για να δημιουργήσουμε έναν σύνδεσμο σε σχήμα Υ (δείτε την εικόνα παραπάνω), χωρίζοντας την μεμονωμένη έξοδο από την τροφοδοσία MaKey MaKey σε δύο καλώδια που συνδέονται με την είσοδο ισχύος "+" σε κάθε ένα δύο MyoWares.

3. Συνδέστε τις υποδοχές "SIG" στους αισθητήρες MyoWare σε διαφορετικές υποδοχές A στη δεξιά πλευρά του MaKey MaKey (ο κώδικας που παρέχουμε παρακάτω υποθέτει ότι χρησιμοποιείτε A3 και A4).

4. Ανεβάστε το σκίτσο για δύο αισθητήρες:

/* αυτό το σκίτσο διαβάζει δύο σήματα αισθητήρων MyoWare και στέλνει ένα πάτημα του πλήκτρου «b» όταν ο ένας υπερβεί το όριο και «c» όταν ο άλλος υπερβεί το κατώφλι.* //* ορίζει κατώφλια*/const int thresh1 = 1000; const int thresh2 = 1000;/*ανάθεση εισόδων στο 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) αν Αποστολή πληκτρολογίου bKeyboard.write ('b'); καθυστέρηση (50);} else // περιμένετε 50 ms πριν από τη δειγματοληψία againdelay (50);}

5. Τώρα και οι δύο ενδείξεις μυών πρέπει να είναι ορατές στη σειριακή οθόνη. Ορίστε κάθε κατώφλι ξεχωριστά στο σκίτσο Arduino, ακριβώς όπως στο Βήμα 6 και, στη συνέχεια, φορτώστε ξανά το σκίτσο.

Τώρα το σύστημα ΗΜΓ σας θα έχει δύο ξεχωριστές εισόδους

Εάν αισθάνεστε λίγο άγρια, θα μπορούσατε να ακολουθήσετε παρόμοιες διαδικασίες για να προσθέσετε περισσότερους αισθητήρες MyoWare στο σύστημα. Αν νιώσετε ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ άγρια, θα μπορούσατε ακόμη να προσθέσετε ένα άλλο MaKey MaKey στο σύστημα. Σας ενθαρρύνουμε να πειραματιστείτε με αυτό το σχέδιο.