Udhibiti wa mkono wa Robotic na EMG: Hatua 7

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Mradi huu unaonyesha udhibiti wa mkono wa roboti (ukitumia mkono wa kufungua katikaMoov) na vifaa 3 vya kufungua uECG vinavyotumika kupima na kusindika shughuli za misuli (electromyogram, EMG). Timu yetu ina hadithi ndefu na mikono na udhibiti wao, na hii ni hatua nzuri katika mwelekeo sahihi:)

Vifaa

Vifaa vya 3x uECG 1 Arduino (ninatumia Nano lakini wengine wengi wangefanya kazi) 1x nRF24 moduli (yoyote ya kawaida inaweza kufanya) 1x PCA9685 au sawa servo driver1x inMoov hand5x servos kubwa (angalia maagizo yaMoov kwa aina zinazoendana) 1x 5V nguvu inayoweza 5A au zaidi ya sasa

Hatua ya 1: Upataji Ishara

Udhibiti unategemea EMG - shughuli za umeme za misuli. Ishara ya EMG inapatikana kwa vifaa vitatu vya uECG (najua, inapaswa kuwa mfuatiliaji wa ECG, lakini kwa kuwa inategemea ADC ya kawaida, inaweza kupima biosignals yoyote - pamoja na EMG). Kwa usindikaji wa EMG, uECG ina hali maalum ambayo hutuma data ya wigo wa 32-bin, na wastani wa "dirisha la misuli" (kiwango cha wastani cha macho kati ya 75 na 440 Hz). Picha za wigo zinaonekana kama mifumo ya hudhurungi-kijani ambayo hubadilika kwa muda. Hapa frequency iko kwenye mhimili wima (kwenye kila moja ya viwanja 3, masafa ya chini chini, juu juu - kutoka 0 hadi 488 Hz na hatua ~ 15 Hz), wakati uko kwenye usawa (data ya zamani kushoto kwa jumla hapa ni sekunde 10 kwenye skrini). Ukali umesimbwa na rangi: bluu - chini, kijani - kati, manjano - juu, nyekundu - hata juu.

Hatua ya 2: Ishara iliyorahisishwa

Kwa utambuzi wa ishara ya kuaminika, usindikaji sahihi wa PC wa picha hizi za macho unahitajika. Lakini kwa uanzishaji rahisi wa vidole vya mkono wa roboti, inatosha kutumia tu wastani wa chaneli 3 - uECG hutoa kwa urahisi kwenye kaiti fulani za pakiti ili mchoro wa Arduino uweze kuigundua. Maadili haya yanaonekana rahisi zaidi - nimeambatanisha chati ya nambari mbichi kutoka kwa Mpango wa Serial wa Arduino. Chati nyekundu, kijani kibichi, bluu ni nambari mbichi kutoka kwa vifaa 3 vya UECG kwenye vikundi tofauti vya misuli wakati ninabana kidole gumba, pete na vidole vya katikati sawa. Kwa macho yetu kesi hizi ni tofauti, lakini tunahitaji kugeuza maadili hayo kuwa "alama ya kidole" kwa njia fulani ili mpango uweze kutoa maadili kwa servos za mkono. Shida ni kwamba, ishara kutoka kwa vikundi vya misuli ni "mchanganyiko": katika kiwango cha 1 na cha tatu kiwango cha ishara ya bluu ni sawa - lakini nyekundu na kijani ni tofauti. Katika visa vya 2 na 3 ishara za kijani ni sawa - lakini bluu na nyekundu ni tofauti.

Hatua ya 3: Usindikaji wa Ishara

Ili "kuchanganya" ishara hizi, nimetumia fomula rahisi:

S0 = V0 ^ 2 / ((V1 * a0 + b0) (V2 * c0 + d0)), ambapo S0 - alama ya kituo 0, V0, V1, V2 - maadili mabichi ya vituo 0, 1, 2, na a, b, c, d - coefficients ambazo nilibadilisha kwa mikono (a na c zilikuwa kutoka 0.3 hadi 2.0, b na d zilikuwa 15 na 20, utahitaji kuzibadilisha kuzoea uwekaji wako wa sensorer hata hivyo). Alama sawa ilihesabiwa kwa vituo 1 na 2. Baada ya hii, chati ziligawanyika karibu kabisa. Kwa ishara sawa (wakati huu pete ya kidole, katikati, kisha kidole gumba) ni wazi na inaweza kutafsiriwa kwa urahisi katika harakati za servo kwa kulinganisha tu na kizingiti

Hatua ya 4: Skematiki

Schematics ni rahisi sana, unahitaji tu moduli ya nRF24, PCA9685 au mtawala sawa wa I2C PWM, na usambazaji mkubwa wa nguvu za 5V ambazo zingetosha kuzisogeza servos hizi zote mara moja (kwa hivyo inahitaji angalau 5A nguvu iliyokadiriwa kwa utendaji thabiti).

Orodha ya maunganisho: nRF24 pin 1 (GND) - Arduino's GNDnRF24 pin 2 (Vcc) - 3.3vnRF24 ya Arduino 3 (Chip Enable) - Arduino's D9nRF24 pin 4 (SPI: CS) - Arduino's D8nRF24 pin 5 (SPI: SCK) - Arduino's D13nRF24 pini 6 (SPI: MOSI) - Arduino's D11nRF24 pin 7 (SPI: MISO) - Arduino's D12PCA9685 SDA - Arduino's A4PCA9685 SCL - Arduino's A5PCA9685 Vcc - Arduino's 5vPCA9685 GND - R979 GP - Rdu G5 - Rdu G5 - Rdu G5 - Rdu G5 - Rdu GQ Njia za PCA 0-4, katika kidole gumba changu cha nukuu - kituo 0, kidole cha index - kituo 1 nk.

Hatua ya 5: Uwekaji wa Sensorer za EMG

Ili kupata usomaji mzuri, ni muhimu kuweka vifaa vya uECG, ambavyo vinarekodi shughuli za misuli, katika sehemu sahihi. Wakati chaguzi nyingi zinawezekana hapa, kila moja inahitaji njia tofauti ya usindikaji wa ishara - kwa hivyo na nambari yangu ni bora kutumia uwekaji sawa na picha zangu. Inaweza kuwa ya kupingana, lakini ishara ya misuli ya kidole gumba inaonekana vizuri upande wa mkono, kwa hivyo moja ya sensorer imewekwa hapo, na zote zimewekwa karibu na kiwiko (misuli ina mwili wao mwingi katika eneo hilo, lakini unataka kuangalia ni wapi yako iko - kuna tofauti kubwa sana ya mtu binafsi)

Hatua ya 6: Kanuni

Kabla ya kuendesha programu kuu, utahitaji kujua vitambulisho vya vitengo vya vifaa vyako vya uECG (hufanywa kwa kutotenganisha laini ya 101 na kugeuza vifaa moja kwa moja, utaona kitambulisho cha kifaa cha sasa kati ya vitu vingine) na ujaze safu_ya safu (mstari wa 37). Nyingine zaidi ya hii, unataka kucheza na coefficients ya fomula (mistari 129-131) na uangalie jinsi inavyoonekana kwa mpangaji wa serial kabla ya kuiunganisha kwa mkono wa roboti.

Hatua ya 7: Matokeo

Pamoja na majaribio kadhaa ambayo yalichukua kama masaa 2, niliweza kupata operesheni ya kuaminika kabisa (video inaonyesha kesi ya kawaida). Haifanyi vizuri kabisa na kwa usindikaji huu inaweza tu kutambua vidole vilivyo wazi na vilivyofungwa (na hata kila moja ya 5, hugundua vikundi 3 tu vya misuli: kidole gumba, faharisi na katikati pamoja, pete na vidole vidogo pamoja). Lakini "AI" ambayo inachambua ishara inachukua mistari 3 ya nambari hapa na hutumia nambari moja kutoka kwa kila kituo. Ninaamini njia zaidi inaweza kufanywa kwa kuchambua picha za spika za 32-bin kwenye PC au smartphone. Pia, toleo hili linatumia vifaa 3 tu vya uECG (vituo vya EMG). Kwa njia zaidi inafaa kutambua mifumo ngumu sana - lakini vizuri, hiyo ndiyo hatua ya mradi, kutoa mahali pa kuanzia kwa mtu yeyote anayevutiwa na:) Udhibiti wa mikono sio maombi tu ya mfumo kama huo.