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앉아 플랫폼을 개발 하 고 조립 하는 수 동적으로 인간에서 앉아있는 자세를 destabilizes. 사용자의 안정화 작업 중 관성 측정 단위 기록 장치의 움직임, 그리고 진동 요소 자리 성능 기반 피드백을 제공. 재활, 평가 및 훈련 패러다임에 휴대용, 다양 한 장치를 사용할 수 있습니다.
자세 섭, 동작 추적, 그리고 감각적 피드백 도전, 평가, 똑바로 앉아, 각각 훈련 하는 데 사용 하는 현대 기술이 있습니다. 개발 된 프로토콜의 목표 고 관성 측정 단위 수량화의 모션 및 진동 요소는 사용자에 게 촉각 피드백을 제공 하는 동안 수 동적으로 정한 수 앉아 플랫폼 운영입니다. 상호 좌석 부착 장치를 안전 하 게 도전 앉아 균형의 안정성 수준을 변경 합니다. 내장 된 마이크로컨트롤러 감각 기능을 증가 시키기 위해 피드백 매개 변수의 미세 조정 가능 Posturographic 측정, 균형 평가 프로토콜의 전형적인 타임된 균형 시험 동안 모션 신호를 요약 합니다. 날짜 없음 동적 앉아 프로토콜 변수 도전, 정량화, 그리고 감각적 피드백 실험실 제약의 무료 제공합니다. 우리의 결과 장치 전시 중요 한 변화 posturographic 조치 균형 어려움을 변경 하는 때에 비 장애인 사용자 또는 제공 하는 진동 피드백을 보여 줍니다. 휴대용, 다재 다능 한 장치는 재활 (골격, 근육, 또는 신경 부상 다음), (대 한 스포츠 또는 공간 인식), 엔터테인먼트 (통해 가상 또는 증강 현실), 훈련과 연구 (의 잠재적인 응용 프로그램 앉아 관련 장애)입니다.
똑바로 앉아는 숙련 된 움직임을 포함 하 여 다른 인간의 sensorimotor 기능에 대 한 전제 조건 (예를 들어, 입력) 및 균형 작업 (예를 들면, 기차를 타고) 불안정. 찾다 고 앉아 및 관련 기능을 개선, 현대 균형 훈련 기법을 사용: 불안정 한 표면 교란 앉아1,2 와 모션 추적 단정 균형 능력3,4 . 균형 훈련 결과 향상 때 진동 성능5일치 하는 패턴을 사용 하 여 본문에 전달 됩니다. 이러한 감각 피드백은 분명히 효과적인 재활 및 훈련 방법; 그러나, 현재 감각 피드백 방법 서 균형을 맞도록 하 고 실험실 기반 장비6,7필요.
여기에 제시 된 작품의 목적은 시 토 내장 악기의 위치를 기록 하 고 앉아 표면에 진동 피드백을 제공 하는 동안 다양 한도 수 동적으로 불안정 수 있는 휴대용 장치를 구축 하. 이 조합의 도구 동요의 자2,4 , 진동 피드백5,,67을 이러한 도구의 혜택 더 강력 하 고 액세스할 수에 대 한 이전 작업을 통합 합니다. 또한 훈련 똑바로 앉아서 설립된 문학 posturographic 조치8에 따라 양적 결과의 분석 절차는. 이러한 메서드는 균형 운동 진동 피드백 결합 될 때 불안정 한 표면으로 앉아의 효과 공부 하 고 적합 합니다. 예상 애플리케이션으로 스포츠 훈련, 모터 조정의 일반적인 개선, 균형 능력, 그리고 재활 다음 골격, 근육, 또는 신경학 상 상해의 평가 등이 있다.
여기에 설명 된 모든 메서드는 앨버타의 대학의 건강 연구 윤리 위원회에 의해 승인 되었습니다.
1. 건축 및 구조 부재의 조립
2. 계측 장치
3. 모범적인 평가 및 훈련 프로토콜
표 2 쇼, 각 실험 조건, AP와 ML 지원 표면 경사의 관찰에서 파생 된 posturographic 조치에 대 한 평균 이상 144 균형 시험 12 참가자 (참가자 3 재판 x 2 x 2)에 의해 수행.
의 균형 조건 변경 효과: 기본 조건 눈 조건에 종속 되도록 선정 되었다 (즉, 눈을 감는 때, 기본은 보다 안정). 따라서, 베이스와 눈 조건 함께 하나의 독립 변수 (균형 상태) 고려 되었다. AP 기울기의 루트-의미-스퀘어, centroidal 주파수 및 주파수 분산에 대 한 두 개의 균형 조건 사이 크게 달랐다 (F-예상된 변경, α의 테스트에 따르면 = 0.05). 측정 (평균 및 표준 편차)의 각각에서 계산 된 변화는 그림 7 과 그림 8에 표시 됩니다. 다른 보고서와 일치,이 posturographic 측정 균형 작업4사이 차별 수 있습니다.
피드백 상태 변경의 효과: 재판 동안 vibrotactile 피드백 시스템, AP 기울기 관측의 centroidal 주파수 이었다 보다 크게 높은 제어 실험 (F-예상된 변경, α의 테스트에 따르면 = 0.05). Posturographic 측정 (평균 및 표준 편차)의 각각에서 계산 된 변화는 그림 9 와 그림 10에 표시 됩니다. 다른 보고서와 일치,이 vibrotactile 피드백 프로토콜 균형 성능17에 측정 가능한 효과가 있다.
그림 1: 섀시 어셈블리의 전개도. 구조 구성 요소: (1) 뚜껑; (2) 제어 장치; (3) 원통형 섀시; (4) 베이스 스 터 드; (5) 다리 지원 첨부 파일 (그림 3);의 첨부 파일에 대 한 차질 (6) 기초; (7,8) 막대, 그리고 5 개의 상호 교환 실린더 (그림 2) 중의 첨부 파일에 대 한 소매. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 곡선된 기본 모듈의 측면 보기. 5 모듈 마다 63 m m의 총 높이 독특한 앉아 표면에 균형 유지의 어려움을 변조 곡률 반경. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 다리 지원 첨부 파일의 전개도. 차질, 클램프, 플러그, 마무리 하는 광장의 구성 된 다리 지원 긴 600mm 이며 운송 장치 또는 균형 운동 중 다리를 자유롭게 스윙 사용자를 허용 하는 동안 제거 될 수 있다. 자세한 부품 치수에 대 한 보충 파일 1 (그림) 및 2 (3D 솔리드 모델)를참조. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 앉아 균형 평가 및 훈련 vibrotactile 피드백 장치. 소자의 첨부 파일의 (A) 분해 보기. 여기 표시 된 구성 요소: (1) 베이스, 섀시 및 뚜껑; (2) 강철 돌출 발판 첨부 파일; (3) 두 개의 clevis 핀; 발판을 확보 하 (4) 발판의 첨부 파일 높이 조절; (5) 다섯 중 하나는 기본 모듈을 곡선. 이러한 구성 요소는 운송 또는 저장을 촉진 하기 위하여 분리 수 있습니다. 자세한 부품 치수에 대 한 보충 파일 1 (그림) 및 2 (3D 솔리드 모델)를참조. 장치의 (B) 평면도 사진. 전자 계측을 뚜껑 제거 되었습니다 포함: 사용자 정의 인쇄 인클로저 (센터);에 의해 보관 되어 관성 측정 단위 마이크로컨트롤러 보드 범용 직렬 버스 연결 (왼쪽); 사용자 정의 인쇄 인클로저 (중간 지구);에서 개최 하는 8 개의 전자 진동기 그리고 (위)에 발판을 맞출 바 철강이 그림 윌리엄스 외 에서 수정 된 18 . Vol. "디자인 및 평가의 한 계측 동요 보드에 대 한 평가 및 훈련 동적 장착 균형에서" Biomechanical 공학의 저널, 광고 윌리엄스, QA Boser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, 아 Vette, ASME의 허가 함께 게시 140, 4 월 2018; 저작권 클리어런스 센터, i n c.를 통해 전달 하는 사용 권한 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: 2-부분 tactors 진동에 대 한 인클로저 장착. Tactor 인클로저 (위)에 4 m m 구멍 진동 저감을 최소화 하기 위해 3 m m 핀 장착 플랫폼 (아래)에 위치에 느슨하게 장착. 자세한 부품 치수에 대 한 보충 파일 1 (그림) 및 2 (3D 솔리드 모델)를참조. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: 사용자 인터페이스. 이 사용자 인터페이스 vibrotactile 피드백 임계값을 선택 하 고 데이터를 수집할 수 있습니다. 그래프에 벡터의 방향과 길이 장치의 기구학에 비례. 사각형은 피드백에 대 한 AP 및 ML 임계값을 반영합니다. 이 그림에서 윌리엄스 외 수정 되었습니다. 18 . Vol. "디자인 및 평가의 한 계측 동요 보드에 대 한 평가 및 훈련 동적 장착 균형에서" Biomechanical 공학의 저널, 광고 윌리엄스, QA Boser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, 아 Vette, ASME의 허가 함께 게시 140, 4 월 2018; 저작권 클리어런스 센터, i n c.를 통해 전달 하는 사용 권한 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: 시간 영역에서 작업 조작의 결과. 변경 시간-도메인 posturographic 조치 참가자 그들의 눈을 동시에 더 안정적인 기반으로 전환 하는 경우에 (평균 및 표준 편차; F-검정, α에 따라 중요 한 변화를 나타내는 별표 = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8: 주파수 영역에서 작업 조작의 결과. 주파수 도메인 posturographic 조치 참가자 그들의 눈을 동시에 더 안정적인 기반으로 전환 하는 경우에 변경 (평균 및 표준 편차, α F-검정에 따라 상당한 변화를 나타내는 별표 = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 시간 영역에서 vibrotactile 피드백의 결과. 변경 시간-도메인 posturographic 조치 때 참가자 성능 기반 vibrotactile 피드백 제공 됩니다 (평균 및 표준 편차; 변경 했다 F-검정, α에 따라 통계적 = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10: vibrotactile 피드백 주파수 영역에서의 결과. 참가자는 성능 기반 vibrotactile 피드백 제공 됩니다 때 주파수 도메인 posturographic 대책 변경 (평균 및 표준 편차; F-검정, α에 따라 중요 한 변화를 나타내는 별표 = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
곡률 (cm)의 반지름 | ||
대부분 안정 | 25 | 덜 어려운 균형을 |
20 | ||
15 | ||
13 | ||
최소 안정 | 11 | 더 어려운 균형을 |
표 1: 상호 기지의 기하학적 속성. 각 기본 모듈의 총 높이 63 밀리미터; 따라서, 곡률, 장치에 연결 된 때의 작은 반경으로 베이스 곡률의 더 큰 반경으로 베이스 보다 덜 안정적입니다.
Posturographic 측정 | 경사 방향 | 실험 조건 | |||
눈을 뜨고 | 눈을 감고 | ||||
매우 불안정 한 표면 | 약간 불안정 한 표면 | ||||
진동 | 진동 | 진동 | 진동 | ||
끄기 | 에 | 끄기 | 에 | ||
루트-의미-스퀘어 | Antero 후부 | 1.60 | 1.62 | 2.01 | 1.70 |
[도] | 평점-측면 | 1.53 | 1.61 | 1.80 | 1.74 |
속도 의미 | Antero 후부 | 2.75 | 3.01 | 2.85 | 2.94 |
[도/s] | 평점-측면 | 3.04 | 3.14 | 3.38 | 3.44 |
Centroidal 주파수 | Antero 후부 | 0.418 | 0.449 | 0.370 | 0.423 |
[Hz] | 평점-측면 | 0.462 | 0.467 | 0.465 | 0.471 |
주파수 분산 | Antero 후부 | 0.659 | 0.654 | 0.685 | 0.661 |
[-] | 평점-측면 | 0.651 | 0.651 | 0.662 | 0.669 |
표 2: 균형, 피드백 조건으로 결과. 요약 측정 불안정 앉아 재판 동안 AP와 ML 젖 힌 채에서 파생 한다. 표면 안정성 플러스 눈 상태를 지원 뿐만 아니라 진동 레벨 조작된 변수입니다. 평균 조치는 모든 참가자에 걸쳐 계산 했다.
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휴대용, 계측, 앉아 장치를 건설 하기를 위한 방법 표시 됩니다. 장치는 휴대용이 고 내구성, 건물의 이전 연구에의 자2,4 , 진동 피드백5,,67 더 강력 하 고 액세스할 수 이러한 도구의 혜택을 동요 . 운송 또는 저장을 위해 장치를 준비 하는 반대로 어셈블리 프로토콜을 따릅니다. 균형 작업의 어려움 다른 곡률으로 기지를 연결 하 여 변조 될 수 있습니다. 작업 난이도의 선택은 중요 합니다. 사용자가 부상 위험 없이 적극적인 훈련을 촉진 하기 위하여 불안정 합니다.
마이크로컨트롤러와 사용자 인터페이스; 간의 직렬 통신에 의존 하는 실시간 관찰 및 내장 악기의 조정 장치의 기능 장애는 모두 소프트웨어 및 하드웨어 문제 해결을 요구 한다. 모든 하드웨어 연결이 안전한 지 확인 하십시오. 예기치 않은 바이트 마이크로컨트롤러의 직렬 출력을 모니터링 합니다. 사용자 인터페이스 프로그램 오류에 대 한 조사. 문제가 계속 되 면 경험 있는 메 카트로 닉스 디자이너에 게 문의 하십시오.
균형 능력 posturographic 측정 앉아 표면의 운동학 적 관찰에서 파생 된에 의해 특징입니다. 또는 힘 격판덮개, 표면 기울기 각도2와 상관 관계가 있지만 추가 장비 필요에 해지는 압력의 중심을 관찰 합니다. Posturographic 조치 다양 한 신뢰성 세션2 사이 균형을 개선 또는 장애19다양 한 감도 있다. 루트-의미-스퀘어, 평균 속도, centroidal 주파수 및 주파수 분산의 서로 선형 독립 관찰 했다 일반적인 posturographic 조치는. 수정 신호 분석 프로토콜 특정 평가 목표를 해결 하는 것이 좋습니다.
장치는 균형 작업 성능에 따라 좌석에 vibrotactile 자극을 제공합니다. 햅 틱 피드백 제어의 최적의 구성은이 프로토콜에서 중요 한 단계 및 지속적인 연구의 주제 특정 피드백 전략 모터 학습20저하 될 수 있습니다. 기존의 vibrotactile 피드백 방법 서 균형 기능 및 많은 다른 운동 작업6,7을 개선 하기 위해 입증 된다. 좌석 포함 tactors vibrotactile 피드백 기술을 앉아 균형 패러다임에 대 한 접근을 확인합니다. 미래의 응용 프로그램 스포츠 포함 될 수 있습니다 훈련, 공간적 방향 훈련, 가상 또는 증강 현실 게임, 균형 능력, 균형 장애, 그리고 재활 다음 골격, 근육, 또는 신경학 상 상해의 연구의 평가.
저자는 공개 없다.
저자는 학부 학생 Animesh 싱 Kumawat, Kshitij Agarwal, 퀸 Boser, 벤자민 청, 캐롤라인 콜린스, 사라 Lojczyc, 데 릭 Schlenker, 캐서린 Schoepp, 그리고 아서 Zielinski의 디자인 노력을 인정합니다. 이 연구는 자연과학 및 공학 연구 위원회 캐나다의 (RGPIN-2014-04666)에서 검색 부여를 통해 부분적으로 투자 되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chassis | McMaster-Carr | 8657K421 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1-1/2" Thick, 24" X 24" |
Lid | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
Base | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
Grip-Tape | McMaster-Carr | 6243T471 | Nonabrasive Antislip Tape, Textured, 6" Wide Strip, 2' Long, Black |
Base Nut | McMaster-Carr | 90596A039 | Steel Round-Base Weld Nut, 5/8"-11 Thread Size |
Weld Plate | McMaster-Carr | 1388K142 | Low-Carbon Steel Sheet 1/16" Thick, 3" X 3", Ground Finish |
Threaded Rod | McMaster-Carr | 90322A170 | 3" 5/16"-18 Medium-Strength Alloy Steel Threaded Stud |
Sleeve | McMaster-Carr | 8745K19 | Chemical-Resistant PVC (Type I) Rod 1-1/4" Diameter |
Square Flange | McMaster-Carr | 8910K395 | Low Carbon Steel Bar, 1/8" Thick, 1" Wide |
Hitch | McMaster-Carr | 4931T123 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1-1/2" Square |
Curved Base | McMaster-Carr | 8745K48 | PVC Rod, 6" Diameter |
Hitch Insert | McMaster-Carr | 6535K313 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1" Square |
Extrusion | McMaster-Carr | 6545K7 | 1045 Cold Drawn Steel Square Bar Stock, 1' X 1" Wide, Unpolished |
Clamp | Vlier | TH103A | Adjustable Torque Knob |
Footrest | McMaster-Carr | 6582K431 | 4130 Steel Tubing, 1" X 1" Wide, 0.065" Wall Thickness, Unpolished Mill Finish |
Counterwieght | McMaster-Carr | 8910K67 | Low-Carbon Steel Rectangular Bar 1-1/8" Thick, 4" Width |
Clevis Pin | McMaster-Carr | 97245A616 | Zinc-Plated Steel Clevis Pin with Hairpin Cotter Pin, 3/16" Diameter, 1-9/16" Usable Length |
Microprocessor | Arduino | MEGA 2560 | Microcontroller board with 54 digital I/O pins and USB connection |
Inertial Measurement Unit | x-io Technologies Ltd. | x-IMU | Inertial Measurement Unit and Attitude Heading Reference System with enclosure |
Vibrating Tactor | Precision Microdrives | DEV-11008 | Lilypad Vibe Board, available from SparkFun Electronics |
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