Moonwalk: një Reagim Haptik Protetik: 5 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:18

Përshkrim:

Moonwalk është një pajisje protetike e ndjeshme ndaj presionit për individët me ndjesi prekëse të dëmtuar (simptoma të ngjashme me neuropatinë). Moonwalk u krijua për të ndihmuar individët të marrin reagime të dobishme haptike kur këmbët e tyre vijnë në kontakt me tokën, në mënyrë që ata të përmirësojnë ekuilibrin + lëvizshmërinë.

Projektuar dhe bërë me burim të hapur nga Akshay Dinakar.

Për të parë më shumë projekte dhe krijime, vizitoni www.akshaydinakar.com/lab, studioja e projektimit jofitimprurëse e Akshay Dinakar Design.

Facebook: www.facebook.com/akshaydinakar | Instagram: @AkshayDinakarDesign

Kjo pajisje protetike përdor një sensor velostat (i bashkangjitur përmes ngjitjes mjekësore, nanosuction ose mëngës së rrobave në çdo pjesë përkatëse të trupit) për të lexuar në vlerat e presionit nëpërmjet kunjave analoge në një mikrokontrollues të përshtatshëm. Sapo vlera e presionit të arrijë një kufi të caktuar, një sinjal haptik i specifikuar aktivizohet, duke paralajmëruar përdoruesin se ata kanë bërë kontakt me një sipërfaqe.

Synimi im:

Qëllimi i këtij projekti është krijimi i një pajisje proteze me kosto të ulët për të rritur pavarësinë + lëvizshmërinë e çdo individi me mpirje në një pjesë të trupit të tyre. Unë kam përvojë personale me anëtarët e familjes që përjetojnë këtë gjendje dhe doja të krijoja një zgjidhje të arritshme që të tjerët me përvojë të kufizuar inxhinierike mund ta mblidhnin vetë. Për shkak të individualizimit të simptomave dhe shumëllojshmërisë në disponueshmërinë e komponentëve elektronikë, është sfiduese të krijosh një pajisje që funksionon për një sërë rastesh përdorimi. Sidoqoftë, jam krenar që lëshoj Moonwalk si një zgjidhje që mund të përdoret në çdo gjymtyrë / pjesë të prekur të trupit, në përputhje me një sërë faktorësh të formës (cilado që është më e përshtatshme për përdoruesin).

Për konsiderata estetike dhe përfundim profesional, unë kam përdorur teknika të avancuara të fabrikimit duke përfshirë saldimin, derdhjen / derdhjen silikoni dhe printimin 3D për të montuar këtë protezë. Sidoqoftë, teknikat e thjeshta të bërjes së bukës dhe qepjes gjithashtu e bëjnë punën.

Sfondi:

Gati 20 milionë individë vetëm në SHBA përjetojnë neuropati, një efekt anësor i zakonshëm i diabetit, kancerit dhe artritit. Neuropatia karakterizohet nga një përzierje e dhimbjeve të mprehta ndjesi shpimi gjilpërash dhe mpirje në duart dhe këmbët e individëve, si rezultat i dëmtimit të nervit periferik. Neuropatia mund të kufizojë rëndë lëvizshmërinë duke zvogëluar ndjesitë e prekjes kur këmbët dhe duart vijnë në kontakt me sipërfaqet. Sidoqoftë, reagimet haptike në formën e dridhjeve në pjesët e pa prekura të trupit mund t'i ndihmojnë individët të rimarrin ekuilibrin duke i lidhur reagimet me ndjenjën e tyre proprioceptive.

Furnizimet

Hardware:

Mikrokontrolluesi (secila nga opsionet e mëposhtme është fantastike):

• Arduino Nano (madhësia më e vogël fizike, por do të kërkojë përbërës shtesë elektronikë për karikim)
• Adafruit Flora (opsioni i vazhdueshëm për pajisjet e veshshme-faktori i sheshtë dhe ka ngarkim të integruar)
• Pendë Adafruit (ka shumë karakteristika shtesë që nuk na duhen, por një formë shumë kompakte dhe karikim të integruar). Unë do të përdor këtë mikrokontrollues për këtë tutorial. Ekzistojnë versione të ndryshme të Feather sesa përfshijnë BLE, WiFi ose patate të skuqura radio - çdo do të funksionojë.

Motori i dridhjeve:

Motori i dridhjeve LRA (i aftë për të siguruar ndjesi dridhjeje shumë më të personalizueshme sesa motori tipik i dridhjeve ERM). Çdo motor dridhjeje nën 3V do të funksionojë, por një LRA do të jetë dalja më e fortë e dridhjeve (ne po përdorim një qark të thjeshtuar për ta bërë dizajnin tonë kompakt [duke fuqizuar motorin e dridhjeve drejtpërdrejt nga mikrokontrolluesi), dhe shumica e mikrokontrolluesve kanë kufizime aktuale që dobësojnë dridhjen forcë)

Shoferi Haptic Motor (ndërfaqet midis mikrokontrolluesit dhe motorit të dridhjeve):

Shofer Haptic Motor (DRV2605L, prodhuar nga Texas Instruments dhe shpërndarë nga Adafruit)

Bateria Li -Po (diku në rangun 100 - 350 mAh duhet të jetë e mjaftueshme):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Tela silikoni:

22 AWG Silicone Wire (silikoni siguron një ekuilibër të madh të fleksibilitetit dhe qëndrueshmërisë për telin, dhe është diametri i duhur)

Materiali Velostat

Velostat është një sipërfaqe e ndjeshme ndaj presionit që ndryshon rezistencën kur shtrydhet ose ngjeshet

Kasetë

Çdo lloj kasetë (kanal, skocez, elektrik, maskim) do të funksionojë, por unë rekomandoj një shirit paketimi transparent dhe të gjerë. Do t'ju duhen vetëm disa centimetra

Petë alumini (Ju duhen vetëm rreth 4x4 inç)

Softuer:

Arduino IDE (Falas për tu shkarkuar dhe përdorur, merrni këtu dhe instaloni:

Hapi 1: Mblidhni sensorin tuaj të presionit Velostat

It'sshtë më e thjeshtë nga sa mendoni.

1. Pritini velostatin tuaj në madhësi. Përdorni një palë gërshërë për të shkurtuar fletën tuaj velostat në çfarëdo sensori të madhësisë që ju nevojitet. Nëse jeni duke e përdorur këtë protezë për këmbët, bëjeni madhësinë e një thembra. Nëse e përdorni për duar ose gishta, bëjeni atë dimensionet e çdo lëkure që dëshironi të mbuloni.

2. Pritini letrën e aluminit në madhësi. Pritini dy copa letër alumini në të njëjtat përmasa si pjesa e velostatit. Sanduiç copë velostat në mes të dy pjesëve të fletë alumini. Petë alumini shërben si një shtresë përçuese.

3. Rrip teli silikoni. Duke përdorur shirita teli, hiqni 3-4 centimetra tela të ekspozuar nga dy segmente tela silikoni. Çdo tela silikoni duhet të jetë rreth 15-20 inç e gjatë (bëjini të dyja të njëjtën gjatësi për tërheqjen estetike). Vendoseni çdo tel të zhveshur në një anë të fletës së aluminit. Rendi i përgjithshëm i sanduiçeve tani është: tela të zhveshur 1, fletë alumini 1, velostat, fletë alumini 2, tela të zhveshur 2.

4. Sensori i presionit të shiritit së bashku. Ngjiteni mbi sanduiçin tuaj përbërës dhe hiqni çdo pjesë shtesë të shiritit, në mënyrë që gjithçka të jetë e lidhur mirë. Extremelyshtë jashtëzakonisht e rëndësishme që velostati të ndajë pastër dy anët e sanduiçit (fleta e aluminit / tela e zhveshur në pjesën e poshtme NUK duhet të jetë në kontakt me ndonjë pjesë të sipërfaqeve të sipërme përçuese).

5. Gërshetoni tela. Për t'i mbajtur telat së bashku dhe për t'i parandaluar ato të rrokullisen gjatë lëvizjes së përdoruesit, rrotullojini së bashku (sa më shumë që të rrotulloheni, aq më të sigurt do të jenë). Kjo është gjithashtu praktikë e mirë e inxhinierisë elektrike kur keni grupe telash të gjata që shkojnë nga e njëjta pikë fillimi në fund.

Hapi 2: Lidhni përbërësit tuaj

Koha për të lidhur të gjitha pjesët tuaja individuale elektronike. Unë bashkova të gjithë përbërësit e mi së bashku, por është gjithashtu e mundur të përdorni një dërrasë buke (në atë rast, ju ende do të keni nevojë të lidhni kunjat në mikrokontrolluesin tuaj dhe shoferin e motorit haptik).

1. Sensori i Presionit të Saldimit te Mikrokontrolluesi: Lidhni njërën prej telave tuaj të gërshetuar me një kunj Analog (A1) të mikrokontrolluesit tuaj dhe lidhni tela të gërshetuar të mbetur në kunjin Ground (Gnd).

2. Solder Vibration Motor to Haptic Motor Driver: Ngjitni tela të kuq (pozitiv) të motorit tuaj të dridhjeve në terminalin +, dhe telin blu (tokësor) në - terminalin e drejtuesit të motorit haptik.

3. Solder Haptic Motor Driver te Mikrokontrolluesi: Duke përdorur dy segmente tela silikoni shumë të shkurtër, lidhni kunjat e mëposhtëm në drejtuesin e motorit haptik në mikrokontrollues.

• VIN -> 3V
• GND -> GND
• SCL -> SCL
• SDA -> SDA

*Shoferi haptik i motorit përdor një lloj sistemi komunikimi të quajtur I2C për të "folur" me mikrokontrolluesin. Kunjat SCL dhe SDA janë rrugët që ky komunikim të zhvillohet.

4. Lidhni baterinë: Lidheni kokën e baterisë Li-Po me mikrokontrolluesin. Nëse bateria juaj ka njëfarë ngarkese, mund të ndezë një LED në mikrokontrolluesin. Shenjat e para të jetës!:)

Hapi 3: Programimi i pajisjeve tuaja elektronike

Nëse nuk e keni shkarkuar dhe instaluar ende Arduino IDE, tani është koha. Më pëlqen të "pseudokodoj" programin tim me fjalë para se të filloj kodimin, kështu që tashmë e kam kuptuar se çfarë duhet të shkruaj në C ++.

Ja çfarë po bën kodi ynë softuerik protezor:

Shumë herë në sekondë, mikrokontrolluesi ynë lexon vlerën e presionit që sensori po zbulon, dhe nëse vlera e presionit është mjaft e fortë (me fjalë të tjera, sensori është në kontakt me tokën), ne aktivizojmë çfarëdo modeli dridhjeje që duam nga shofer haptik i motorit. Kodi i bashkangjitur realizon këtë funksionalitet bazë, por është e lehtë të personalizoni motorin tuaj për të siguruar dridhje të modeleve ose fuqisë së ndryshme, bazuar në vlera të ndryshme që zbulon sensori i presionit (dmth. Kontakti i dritës kundrejt kontaktit të fortë)

*Unë supozoj një njohuri bazë të përdorimit të Arduino IDE, instalimit të bibliotekave dhe ngarkimit të kodit në një mikrokontrollues të lidhur. Nëse jeni plotësisht i ri në Arduino, përdorni këto mësime për të shpejtuar shpejtësinë.

1. Shkarkoni dhe instaloni skedarët Adafruit DRV në të njëjtën dosje ku është skica juaj Arduino.

2. Shkarkoni, ngarkoni dhe ekzekutoni programin LevitateVelostatCode në mikrokontrolluesin tuaj (sigurohuni që të vendosni variablat në mënyrë të përshtatshme bazuar në ndjeshmërinë e sensorit tuaj velostat. Ju mund të kalibroni vlerat CLIFF & CUTOFF duke hapur Arduino Serial Monitor dhe duke testuar të ndryshme kufijtë e presionit, për rastin e përdorimit që ju nevojiten.

3. Urime! Ju tashmë keni një pajisje protetike funksionale. Pjesa tjetër është e gjitha estetike dhe vendosni se si dëshironi ta lidhni atë në trupin e përdoruesit.

Hapi 4: Faktori i Formës + Estetika

Varet nga ju se ku dhe si dëshironi që Moonwalk të ngjitet në trupin e përdoruesit. Rasti im i përdorimit i parashikuar fillimisht ishte për zbulimin e kontaktit të këmbës, kështu që sensori i presionit u vendos natyrshëm nën thembrën e përdoruesit.

Për ta mbajtur elektronikën të bukur dhe kompakte, unë projektova dhe fabrikova një enë strehimi (të printuar në 3D dhe të formuar prej silikoni, për të lejuar kontakt fleksibël me lëkurën). Unë i kam bashkangjitur skedarët 3D (në formën. STL) këtij Instructable.

*Për dridhje maksimale, është e rëndësishme që motori LRA (i cili funksionon duke gjeneruar shpejt dridhje nga një burim i boshtit z) të jetë në kontakt të drejtpërdrejtë me sipërfaqet që prekin lëkurën (ndryshe nga një ERM, nëse një LRA po lundron në ajër, tuaj lëkura nuk ndjen asgjë). Për modelin tim, ka më shumë kuptim të lidhni pajisjet elektronike përmes një blloku nanosuction / xhel (këto mund të blihen lehtësisht në internet dhe janë të shkëlqyera për përdorime të shumta në lëkurë), shirit mjekësor ose një mëngë leckë. Në teori, ju gjithashtu mund të kaloni Moonwalk nën veshje elastike / elastike, nëse përdoret në këmbë ose kofshë.

Hapi 5: Protetika e Mbaruar

Shpresoj që dizajni im të jetë i dobishëm për ju. Ju lutemi mos ngurroni të ndryshoni, rimiksoni dhe përmirësoni këtë model bazë - dhe mos u bëni i huaj! Mund të kontaktohem përmes faqes sime të internetit (www.akshaydinakar.com/home).