基于nRF5340開發(fā)套件的開源可穿戴式下臂支架

描述

Brief Anatomy <..>事物是如何自然運作的

肘關(guān)節(jié)由三塊骨頭組成：上臂骨（肱骨）和前臂的兩塊骨頭（橈骨和尺骨）。肱骨底部有稱為上髁的骨質(zhì)突起，前臂的幾塊肌肉從這里開始運動。肘外側(cè)（外側(cè)）的骨性突起稱為外上髁。

網(wǎng)球肘是炎癥，或者在某些情況下，是連接肘部外側(cè)前臂肌肉的肌腱微撕裂。前臂肌肉和肌腱因過度使用而受損——一次又一次地重復相同的動作。這會導致肘部外側(cè)疼痛和壓痛。毫不奇怪，打網(wǎng)球或其他球拍運動會導致這種情況。但是，除了運動之外的其他幾項運動和活動也可能使您處于危險之中。

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網(wǎng)球肘有很多治療選擇。在大多數(shù)情況下，治療涉及團隊方法。初級醫(yī)生、物理治療師，在某些情況下，外科醫(yī)生一起工作，提供最有效的護理。雖然健康市場上有許多可用于在初級階段提供緩解的牙套，但仍然沒有一個可以歸類為“智能產(chǎn)品”。

i-Lbow 的特點：

i-Lbow是一款基于 Nordic Semiconductor 最新nRF5340 開發(fā)套件的開源可穿戴式下臂支架，具有主動式自調(diào)節(jié)肩帶，可根據(jù)人體抓握模式自動調(diào)整伺服電機。

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i-Lbow 基于慣性測量單元支持的 ML 模型實時檢測運動狀態(tài)，并相應地調(diào)整支架松緊度以實現(xiàn)完美貼合，靈感來自C-EXO E-Knee 系統(tǒng)。

此外，該系統(tǒng)基于機器學習模型對抓握模式、正常和嚴格的活動狀態(tài)進行分類，并在 Edge-Impulse Studio 中進行訓練。i-Lbow 還具有手臂上的健康監(jiān)測（心率和 SPO2）和周圍環(huán)境感應（溫度、濕度、eCO2 和 TVOC 濃度）。

ATtiny3217 與 nRF53DK 結(jié)合使用，通過 UART 獲取分類推斷并按程序調(diào)整伺服電機角度，從而拉伸/壓縮肘側(cè)魔術(shù)貼膠帶。MAX30102 傳感器也連接到 ATtiny，因為 SP02 算法已經(jīng)由 sparkfun 提供，并且開發(fā)時間范圍阻礙了從頭開始編寫 SPO2 代碼。

DTB（設計-測試-構(gòu)建）循環(huán)

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1 / 11 ?機械。nRF5340DK的尺寸

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Nordic Semiconductor 為 nRF5340DK 提供了PCB 項目文件，這些文件被導入 Altium-designer，3D 模型被部署為 STEP，進一步調(diào)整到 Fusion360 并發(fā)布到Grabcad 社區(qū)。之后建造了一個外殼并用 ABS 進行了 3D 打印。

LVGL 和 EdgeLine：

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1 / 4 ? EdgeLine GUI 編輯器..(LVGL)

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LVGL 現(xiàn)在帶有它的原生 UI 編輯器，即 Edgeline，雖然處于測試階段。它有助于通過其干凈的界面構(gòu)建您的最終結(jié)果。或者，您可以使用 Web 實用程序（字體和圖像轉(zhuǎn)換器）來創(chuàng)建自定義 UI。顯示兼?zhèn)浯a和補丁由 NordicSemi 開發(fā)人員在其精彩的網(wǎng)絡研討會會話中提供，并根據(jù)我們的要求進行了調(diào)整。

傳感器測試：

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1 / 5 ? IKS01A3 屏蔽測試。

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在項目開發(fā)過程中遇到了許多挑戰(zhàn)，包括創(chuàng)建新的傳感器接口、硬件//設備樹覆蓋和構(gòu)建，但通過 DevZone 社區(qū)成員、開發(fā)人員和競賽管理者的共同努力，幾乎每一個障礙都得到了有效的處理，從而產(chǎn)生了適當?shù)墓ぷ鹘鉀Q方案。提供的 Edge Impulse 示例證明對我們的項目非常有用，并根據(jù)傳感器 (MPU-6050) 進行了修改。

i-Lbow Sensor 數(shù)據(jù)采集和模型訓練：

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1 / 21 ?原始 (x,y,z,l,m,n) 信號

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為了識別運動狀態(tài)，我們的工作范圍使用了 MPU6050 IMU 傳感器，該設備在 SES 中編程并通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器實用程序連接到 Edge Impulse Studio。標記了三個類：IGP（握把）、正常和活動，并且根據(jù)連續(xù)運動識別示例訓練傳感器。在執(zhí)行運動分類、模型訓練和驗證測試后，該模型被部署為 C++ 庫并使用 West 實用程序構(gòu)建。

i-Lbow 的總裝：

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結(jié)論：

就個人而言，與 Nordic Semiconductor 和 Zephr-RTOS 環(huán)境合作構(gòu)建我們的原型是一次很棒的經(jīng)歷。Nordic Semiconductors 已注冊商標，可在醫(yī)療保健和資產(chǎn)跟蹤領域構(gòu)建低成本和高能效的應用程序。

我想通過與 nRF Cloud 和 OpenSense（用于實時逆運動學可視化）的集成以及在定制的 PCB 上集成類似于基于手腕的血壓監(jiān)測的微型有源袖帶來進一步開發(fā)設備，這將有助于減少整個系統(tǒng)的體積，該系統(tǒng)目前代表了光環(huán)游戲系列中士官長 (John-117)的外裝。