Основные определения, обозначения и сокращения 3
Введение 10
Глава 1. Анализ поставленной задачи 13
1.1 Сравнение устройств и выбор необходимого 14
Глава 2. Электромиографические датчики 19
2.1 Мотонейрон 19
2.2 Нервный импульс 20
2.3 Синапс 22
2.4 Типы электромиографических датчиков 24
Глава 3. Прием сигнала 26
3.1 Arduino Uno 26
3.2 Первая программа на Arduino 28
3.3 Подключение электромиографических датчиков 30
Глава 4. Передача сигнала 36
Список литературы
Тело человека, данное нам от природы, является удобным, привычным и все, что создает человек, он создает таким образом, чтобы ему было удобно управлять. Кнопки, клавиши, переключатели, рычаги, педали - все это управляется человеком механически, но согласитесь, было бы куда удобнее, если бы мы могли управлять всеми механизмами ... силой мысли! Да, возможно в ближайшем будущем так и будет, а пока же предлагаю использовать силу мышц, не так как мы привыкли, но надеюсь, более удобным способом.
Используя электромиографические датчики можно создать интерфейс, способный считывать электрический потенциал мышц, который мы можем использовать для управления механизмами. Если в качестве испытуемой мышцы взять мышцу руки, то в зависимости от того, сгибаем мы руку в локте или нет, поворачиваем ладонью вниз или вверх, сгибаем ладонь, собираем пальцы в кулак, мы получаем разный потенциал.
Сферы, где можно использовать такой интерфейс довольно обширны. Например в медицине, хирург делающий операцию, может делать это через робота, находясь в другой комнате от оперируемого, а оперируемый в свою очередь в стерильном помещении без людей, чтобы те не могли занести инфекцию. Программу управления хирургическим роботом можно настроить таким образом, чтобы вздрагивания руки хирурга не улавливались и случайно не повредили оперируемого. Все будет происходить плавно и гладко.
Людам, которые по каким либо причинам утратили конечность, можно вернуть ее функционал. Например, если человек в результате аварии потерял кисть, можно подключить электромиографические датчики к тем мышцам, которые ею управляли, получать от них данные и отправлять на бионический протез, который можно спроектировать и изготовить на 3й-принтере. Таким образом мы частично или полностью вернем функционал кисти, пальцев и все это не будет стоить огромных денег.
Можно использовать электромиографический интерфейс для создания экзоскелетов или устройств похожих на них, которые могут усилить возможности человека. Подключив датчики к мышцам и получая их потенциал, мы можем передать их гидравлическим механизмам. Чем сильнее человек будет напрягать мыщцы, тем сильнее будет потенциал, тем сильнее будет воздействие механизмов. Надев такой экзоскелет или костюм можно будет поднимать гораздо больший вес, чем сейчас может среднестатистический человек.
Так же можно использовать в сферах, где нужна точность (нано-производство), работу в труднодоступных средах (например, поисково-спасательных, противопожарных или глубоководных), для управления квадрокоптерами, машинами, или в повседневной жизни для управления умным домом, либо в развлекательных целях (в качестве контроллера для управления игровым персонажем).
Таким образом можно увидеть, что использование электромиографических датчиков актуально, а сферы применения обширны, как для решения повседневных задач, так и для использования в специализированных областях.
Проекты, которые уже реализованы или будут реализованы в ближайшем будущем:
Проект Handie33- SD-печатная искусственная рука, которая обладает значительной функциональностью, предназначенная для людей с ампутированными конечностями. Использование SD-печати делает Handie ремонтопригодной. Все основные компоненты предусматривают печать на 3D- принтере, что позволяет пользователям с легкостью изменять и воспроизводить их. На рисунке ниже показан прототип первой системы. EMG датчик выполнен на гибкой подложке и стоит около 50 долларов, включая электрические компоненты и схемы. Смартфон используется для анализа EMG сигнала от сокращаемой мышцы и отправки управляющего сигнала на механическую руку.
Актуальность: Подробно были описаны возможности данного типа интерфейсов, подчеркнуты возможные применения.
Выполнено.
Постановка задачи:
1) Выбрать тип датчиков.
Выбор: выбор пал на электромиографические датчики, которые используются в медицине. Вместе с датчиком идет также необходимый усилитель, весь набор называется muscle sensor v3.
Выполнено.
2) Принять сигнал и выбрать устройство для приема.
Выбор: для приема сигнала было выбрано устройство - Arduino, т.к. удовлетворяло всем требованиям.
Выполнено.
3) Проанализировать и обработать сигнал.
Анализ сигнала был выполнен и обработан, было выделено несколько групп действий.
Выполнено.
4) Передать сигнал.
Сигнал был передан роботу, использовалась программа ROS. Выполнено.
Вывод: все поставленные задачи были успешно выполнены, результаты исследования были получены и проанализированы, интерфейс был изготовлен. Исследование в рамках выпускной квалификационной работы успешно завершено.
