帶有tinyML的肩部恢復(fù)設(shè)備

這樣的發(fā)展有多難？使用正確的工具，不會那么復(fù)雜。事實(shí)證明，有一個(gè) Arduino BLE 33 Sense 內(nèi)置加速度計(jì)，并與最好的機(jī)器學(xué)習(xí)框架兼容。

部分

• Arduino BLE 33 感知
• OLED屏幕
• 轉(zhuǎn)變
• 跨接電纜
• 3.7v電池
• TP4056充電器
• 定制 3d 打印案例
• 帶子

電路

肩袖損傷回路

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Oled 屏幕 VCC 到 Arduino 3.3v，GND 到 Arduino GND，SDA 到 A4，SCL 到 A5。將電池連接到 TP4056 電池引腳，將 TP4056 輸出連接到 Arduino VIN 和 GND。您還可以在 TP4056 + 和 Arduino VIN 之間進(jìn)行切換。

軟件和服務(wù)

Arduino IDE

Edge Impulse 免費(fèi)帳戶

3D打印案例

使用 Fusion 360，該項(xiàng)目的外殼易于設(shè)計(jì)。外殼只有 2 個(gè)部分。它是用PLA印刷的。只需要身體的支撐。您還需要 4 x 3 毫米螺絲和更小的螺絲來固定 Oled 屏幕。

Fusion 360 對外殼進(jìn)行建模

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注意：如果您想學(xué)習(xí)如何制作自己的 3D 打印外殼，請查看這本書。

訓(xùn)練模型

除非您想用新動作訓(xùn)練設(shè)備或只是想了解如何訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，否則您可以跳過這一部分，但有趣的是知道現(xiàn)在使用 AI 有多么容易。

轉(zhuǎn)到Edge Impulse，創(chuàng)建一個(gè)免費(fèi)帳戶，登錄儀表板，使用 microUSB 電纜連接 Arduino BLE 33 Sense，然后轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集，記錄新數(shù)據(jù)，使用 WebUSB 連接。將出現(xiàn)一個(gè)彈出窗口以選擇正確的 USB 端口，然后……您已準(zhǔn)備就緒。

將 BLE 綁在你的手臂上，將時(shí)間范圍設(shè)置為 180 秒，63.5hz，分配標(biāo)簽 Right 并開始一遍又一遍地對相同的肩部運(yùn)動進(jìn)行采樣，并進(jìn)行微小的變化，一點(diǎn)點(diǎn)到一側(cè)，另一側(cè)，不同的速度等。然后，對左邊和天花板做同樣的事情。這個(gè)模型訓(xùn)練有 4 個(gè)動作（右、左、上和空閑），但當(dāng)然你可以使用更多。

創(chuàng)造沖動

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現(xiàn)在去沖動設(shè)計(jì)，創(chuàng)造沖動。在時(shí)間序列數(shù)據(jù)中，您可以設(shè)置窗口大小——用于分類的數(shù)據(jù)大小（以毫秒為單位）——以及大于窗口的樣本的大小增加。讓我們使用 2000 和 80。那么對于數(shù)據(jù)的頻率 63.5hz

光譜特征

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在光譜分析中，我們將選擇 3 個(gè)軸：x、y、z。對于分類，我們將使用 Keras。我們將點(diǎn)擊保存沖動。

我們將單擊左側(cè)欄中的光譜特征。在那里我們可以縮放軸、應(yīng)用過濾器并查看設(shè)備性能。

然后我們?nèi)?a href='http://ttokpm.com/tags/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/' target='_blank' class='arckwlink_none'>神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器。將訓(xùn)練周期設(shè)置為 35 左右，學(xué)習(xí)率設(shè)置為 0.0005，20% 的樣本用于驗(yàn)證。

99.2%：準(zhǔn)確率

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最后一步是將模型部署到 Arduino 庫。將提供一個(gè) zip 文件。該 zip 文件應(yīng)作為 Arduino IDE 的 Zip 庫添加。

如果我們轉(zhuǎn)到示例，即 Edge Impulse 中的項(xiàng)目名稱，我們將獲得一個(gè)可以使用的推理代碼。選擇 Nano BLE 33 加速度計(jì)連續(xù)。該代碼將讀取 Arduino 加速度計(jì)數(shù)據(jù)并使用串行監(jiān)視器打印推斷。

Arduino 添加 zip 庫

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所以在這一點(diǎn)上，我們離制造設(shè)備還不是很遠(yuǎn)。我們將添加到基本推理代碼 Oled 屏幕庫中，以便我們可以在屏幕上打印而不是使用串行監(jiān)視器，我們將為每個(gè)動作、每日限制和防反彈機(jī)制添加計(jì)數(shù)器（以避免計(jì)數(shù)器增加兩次相同的動作）

膽量

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注意：如果您要下載代碼，請考慮使用左肩訓(xùn)練模型。如果您需要使用右肩，則應(yīng)在對側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

完整的代碼可以在附件部分找到。

設(shè)置

您可能希望在上傳之前更改 .ino 文件中的這些硬編碼設(shè)置：每個(gè)循環(huán)要達(dá)到的重復(fù)次數(shù)。

int rightLimit=10;
int leftLimit=10;
int upLimit=5;

您還可以更改分類器參數(shù)，例如最小置信度，預(yù)定義為 65%

ei_classifier_smooth_init(&smooth, 10 /* no. of readings */, 7 /* min. readings the same */, 0.65 /* min. confidence */, 0.3 /* max anomaly */);

演示

帶有西班牙語旁白的小演示。您可以啟用英文字幕。

最后的筆記

即使我完成了整個(gè)項(xiàng)目——電路、編碼、數(shù)據(jù)采集、培訓(xùn)和外殼——制作你自己的設(shè)備來從傷病中恢復(fù)仍然聽起來像是科幻小說，對吧？

如果您想制作 Rotary Cuff Recovery 的第 2 版，為每天的動作添加 eeprom 永久存儲會很有用。并且可以使用該信息生成圖表。還有一個(gè)小型旋轉(zhuǎn)編碼器，用于配置每個(gè)動作的預(yù)測置信度或限制等設(shè)置。

如果您想查看 TinyML 和 Arduino 的另一個(gè)示例，請查看這個(gè)帶有音頻數(shù)據(jù)的閱讀時(shí)間項(xiàng)目。

其他作品

看看這些其他項(xiàng)目：文學(xué)分配器，黑客菲比，Hunter S. Thompson ASCII 藝術(shù)裝置，倉鼠股票市場交易