Krahu protetik që punon me një miosensor: 8 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-31 10:25

Ky projekt është zhvillimi i një krahu protezë për njerëzit e amputuar. Qëllimi i këtij projekti është krijimi i një krahu protetik të përballueshëm për njerëzit që nuk mund të përballojnë një profesionist.

Meqenëse ky projekt është ende në fazën e prototipimit, ai gjithmonë mund të jetë më mirë pasi tani për tani ai mund të hapë dhe mbyllë pëllëmbën duke qenë në gjendje të kapë sende! Sidoqoftë, është një krah protezë DIY që mund të bëhet në shtëpi ose në një laborator fabrikash lokale.

Hapi 1: Materialet, mjetet dhe makinat e nevojshme

Makinat:

1. Printer 3D
2. Prerës Laser
3. Makinë CNC për desktop

Mjetet:

1. Linja e peshkimit
2. Fije e hollë 3 mm
3. Stërvitje
4. Super ngjites
5. Pincë vrimë
6. Multimetër
7. Stacioni i saldimit
8. Dylli i përpunueshëm
9. Silikon për kallëpe

Materiale:

1. Fletë bakri
2. 1x ATMEGA328P-AU
3. Kristal 1x 16MHz
4. Rezistencë 1x 10k
5. 2x kondensatorë 22pF
6. Kondensator 1x 10uF
7. Kondensator 1x 1uF
8. 1x kondensator 0.1uF
9. 1x Myosensor
10. 5x mikro motorë servo
11. 1x Arduino UNO

Softuer:

1. Arduino IDE
2. Fuzion360
3. Kurë
4. Shqiponja
5. GIMP

Hapi 2: Dizajn 2D & 3D

Dizajn 3D

Hapi i parë ishte dizajnimi i gishtërinjve, pëllëmbës dhe parakrahut të krahut protetik duke marrë parasysh elektronikën që do të shkonte në krahun protetik. Për të qenë i sinqertë, kam përdorur si bazë projektin inmoov me burim të hapur dhe kam filluar nga atje.

Pëllëmba është një pjesë mjaft e vështirë për tu dizenjuar pasi gishtat duhet të kenë raporte të ndryshme mes tyre. Kështu që:

Gishtat: Kam shkarkuar gishtat nga projekti inmoov.

Palma:

1. Fillimisht skicova paraqitjen e pëllëmbës dhe e ekstrudova atë.
2. Pastaj bëra vrima për lidhjet e gishtit dhe parakrahut duke përdorur skica, komandën e prerjes dhe komandën e filetës.
3. Pas kësaj, më duhej të bëja tuba në mënyrë që të isha në gjendje të kaloja linjat e peshkimit në mënyrë që të mund të kontrolloja gishtat përmes motorëve.
4. Së fundmi, vrimat duheshin shtuar brenda pëllëmbës në mënyrë që mbyllja e pëllëmbës të ishte e mundur kur të tërhiqej vija e peshkimit.

Parakrah:

1. Në plane të ndryshme, krijova dy skica dhe përdor komandën e elipsit. Kam përdorur komandën papafingo për të krijuar formën e dëshiruar.
2. Më pas, komanda shell u përdor për ta bërë atë të zbrazët dhe komanda split për ta prerë atë në gjysmë, në mënyrë që të mund të dizajnoj në të dhe për aksesueshmërinë më të mirë për kur jam duke montuar elektronikën time brenda.
3. Një skicë u bë gjithashtu pranë kyçit të dorës, e ekstruduar dhe e bashkuar me parakrahun kryesor në mënyrë që të lidhet me pëllëmbën.
4. Duke pasur shikueshmërinë për të dizajnuar brenda parakrahut, krijova një skicë në dimensionet e pesë motorëve që do të përdorja, një për secilin gisht, dhe PCB -në time (bordi i qarkut të shtypur) që do të përdorja. Më pas i ekstrudova derisa arritën lartësinë e dëshiruar dhe fshiva pjesët e panevojshme në pjesën e pasme të cilindrit duke përdorur hapësirën e pasme.
5. Së fundmi, hapjet për bulonat u projektuan, në një mënyrë që nuk janë aq të dukshme në modelin e përgjithshëm, që parakrahu të jetë në gjendje të mbyllet duke përdorur komanda të ngjashme si më sipër.

Duke përfunduar modelin, zgjodha secilin trup dhe e shkarkova si një skedar.stl dhe i printova 3D veç e veç.

Dizajn 2D

Ndërsa doja që linjat e mia të peshkimit të ndaheshin ndërsa ato operoheshin nga motorët, vendosa të bëj lojëra elektronike udhëzuese për to. Për këtë, nuk më duhej të hartoja asgjë të re, por të përdorja elipsën më të vogël kur përdorja komandën papafingo për të krijuar parakrahun.

Eksportova skicën e tij si një skedar.dxf pasi kam përdorur prestarin lazer. Pasi kisha formën time të dëshiruar, unë shpova vrima prej 0.8 mm brenda folesë që i gjeta të nevojshme.

Hapi 3: Shtypja 3D

Pas eksportimit të çdo skedari stl, unë përdor Cura për të gjeneruar kodin.g të pjesëve të ndryshme të gishtërinjve, pëllëmbës dhe parakrahut. Cilësimet e përdorura janë ilustruar në fotot e mësipërme. Materiali i pjesëve të printuara 3D është PLA.

Hapi 4: Formimi dhe derdhja

Qëllimi i hedhjes së pëllëmbës është që krahu protetik të ketë një kapje më të fortë pasi PLA mund të jetë e rrëshqitshme.

Dizajn 3D

1. Duke përdorur skicën para-ekzistuese të pëllëmbës, unë u përpoqa të imitoja pëllëmbën tonë duke krijuar një lloj rrathësh në të duke përdorur komandën e harkut.
2. Më pas, i ekstrudova në lartësi të ndryshme dhe përdor komandën e filetës për të zbutur skajet e "rrathëve" të brendshëm.
3. Pastaj, hartova një kuti me të njëjtat dimensione si dylli im i përpunueshëm dhe vendosa negativin e modelit tim atje duke përdorur prerjen në komandën e kombinuar.

Procesi CAM

Pasi e kisha dizajnin gati për tu bluar duke përdorur makinën CNC të desktopit, më duhej të gjeneroja kodin për këtë. Në rastin tim, unë isha duke përdorur makinën Roland MDX-40 CNC!

1. Së pari, u futa në mjedisin CAM të Fusion360.
2. Pastaj, zgjodha një "konfigurim të ri" në menunë e konfigurimit.
3. Zgjodha parametrat e duhur (shiko fotot) dhe shtypa ok.
4. Tjetra, nën menunë 3D, unë zgjodha pastrimin adaptiv dhe zgjodha parametrat e duhur pas futjes së mjetit që përdor si tregohet në fotografi.
5. Së fundmi, unë zgjodha pastrimin adaptiv dhe klikova në procesin e postimit. Unë u sigurova që ishte për makinën roland mdx-40 dhe klikova ok për të marrë kodin.
6. Pas kësaj, unë bluaj bllokun e dyllit sipas modelit tim duke përdorur makinën.

Hedhja e silikonit

1. Së pari, unë përziera dy zgjidhjet e silikonit me kujdes për të mos shkaktuar flluska ajri, duke ndjekur fletën e të dhënave (lidhja e gjetur në materiale), duke marrë parasysh raportin e përzierjes, jetën e tenxhere dhe kohën e zbardhjes.
2. Pastaj, e derdhja në mykun tim nga pika më e ulët duke u siguruar që pika e kontaktit të qëndronte konstante dhe diametri i tretësirës së derdhur të ishte sa më i hollë që të ishte e mundur, për të shmangur flluskat e ajrit.
3. Pasi hodha silikonin në kallëpin tim, më duhej të sigurohesha që nuk kishte flluska ajri brenda, kështu që e dridha mykun duke përdorur një stërvitje me një gozhdë të zhdrejtë.
4. Së fundmi, pasi harrova ta bëja në modelin tim, unë shpova vrima në silikonin tim pasi ishte gati, duke përdorur pincat e vrimave, në një mënyrë që të përputheshin me vrimat që ishin në sipërfaqen e pëllëmbës.

Hapi 5: Projektimi dhe Prodhimi i Elektronikës

Për të hartuar tabelën time dhe për të kuptuar se çfarë po ndodh në kunjat e mikrokontrolluesit, më duhej të lexoja fletën e të dhënave të tij. Si një PCB bazë, kam përdorur mikro satshakit dhe më pas e modifikova sipas nevojave të sistemit tim.

Meqenëse satshakit është një bord i bazuar në arduino DIY, unë mund ta modifikoj atë sipas kërkimeve të mia për lidhjet e pjesëve të mia me arduino. Pra, myosensori lidhet me arduino duke përdorur një kunj GND, një kunj VCC dhe një kunj analog. Ndërsa, një servo motor përdor një kunj GND, një kunj VCC dhe një kunj PWM. Pra, më duhej të ekspozoja gjithsej gjashtë kunja GND dhe VCC duke marrë parasysh fuqizimin e bordit, një analog dhe pesë kunja PWM. Gjithashtu, më është dashur të marr parasysh për të ekspozuar kunjat për programimin e bordit (të cilat janë MISO, MOSI, SCK, RST, VCC dhe GND).

Hapat që kam ndërmarrë ishin:

1. Së pari, unë shkarkova skedarët e shqiponjës të mikro-satshakit.
2. Tjetra, unë modifikova mikro-satshakit sipas nevojave të mia duke përdorur Eagle. Një udhëzues se si të përdorni Eagle mund të gjendet këtu dhe këtu.
3. Pas rrënjosjes së bordit tim, e eksportova si një skedar-p.webp" />

Pasi të kem shtigjet e brendshme dhe të jashtme të bordit tim si png, është koha për të gjeneruar kodin e tyre në mënyrë që të mund ta blini atë në makinën cnc të roland mdx-40. Për gjenerimin e.gcode kam përdorur module fab. Cilësimet që duhet të vendosen në modulet fab dhe të gjenden këtu.

Së fundmi, unë bashkova gjithçka që më duhej sipas tabelës sime të shqiponjës. Fotografia e skemës dhe bordit të bashkuar mund të gjendet më sipër.

Arsyeja për të bërë bordin tim PCB në vend që të përdor një Arduino UNO është hapësira që po kursej kur përdor bordin tim.

Hapi 6: Asambleja

Pra, pasi u shtypën gishtat:

1. Më duhej të shpoja vrimat e brendshme me një stërvitje me diametër 3.5 mm dhe vrimat e jashtme me një stërvitje me diametër 3 mm. Brenda vrimave nënkupton pjesën që kur pjesët janë të lidhura është nga vrima e brendshme dhe e jashtme, pjesa që kur lidhet është nga jashtë.
2. Pas kësaj më duhej të ngjisja së pari me gishtin e dytë dhe të tretin me të katërtin.
3. Pas kësaj, unë lidha pjesët 1+2 me 3+4 me 5 përmes vrimave të vogla duke përdorur një fije me një diametër 3mm.
4. Së fundmi, gishtat ishin gati të mblidheshin me pëllëmbën dhe më pas me parakrahun.

Pra, ishte koha për të kaluar vijën e peshkimit përmes gishtërinjve.

Një vijë kalonte nga ana e pasme e gishtit përmes tubit në lidhësin e gishtit-pëllëmbës dhe në parakrah dhe vija tjetër shkonte nga ana e përparme e gishtit në vrimën në pjesën e brendshme të pëllëmbës dhe në parakrah

Një shënim i veçantë është të kaloni vijën e peshkimit përmes një pjese druri që ka një vrimë me diametrin e saj dhe të bëni një nyjë. Përndryshe kur të tërhiqet vija, mund të zbresë poshtë gishtit, gjë që më ndodhi pa marrë parasysh sa nyje bëra.

• Pasi kaloni vijën e peshkimit nëpër gishta, pëllëmba dhe parakrahu duhet të lidhen me disa bulona të botëve të printuar 3D,
• I kalova përsëri linjat përmes vrimës së vrimës së prerë me lazer për t'i ndarë ato dhe pastaj i lidha me motorët servo.
• Lidhja e vijës së peshkimit në pozicionin e duhur të servo është pak sfiduese. Por, ajo që bëra ishte të merrja pozicionet ekstreme të gishtit dhe ta lidhja atë me pozicionin ekstrem të servo.
• Pasi gjeta pozicionet e sakta, unë shpova vrima në lojëra elektronike të veçanta për servot dhe i vidhosa servot në vendet e duhura duke u siguruar që dy nga servot ishin ngritur pak nga ato të tjera, përndryshe ata do të përplaseshin gjatë funksionimit të tyre.

Hapi 7: Programimi

Para se të shkruaja programin, më duhej të bëja që mikro-satshakit i modifikuar të ishte në gjendje të programohej. Për ta bërë këtë, më duhej të ndiqja hapat e mëposhtëm:

1. Lidhni Arduino Uno me kompjuterin.
2. Zgjidhni portën e duhur dhe tabelën Arduino Uno nën mjetet.
3. Nën> Skedari> Shembuj, gjeni dhe hapni skicën "ArduinoISP".
4. Ngarko skicën në Arduino.
5. Shkëputeni Arduino nga kompjuteri.
6. Lidhni tabelën me Arduino duke ndjekur skemën në figurë.
7. Lidheni Arduino me kompjuterin.
8. Zgjidhni tabelën "Arduino/Genuino Uno" dhe programuesin "Arduino si ISP".
9. Klikoni tek> Mjetet> Burn Bootloader.
10. Pasi bootloader të jetë kryer me sukses, ne mund të shkruajmë programin tonë:

// përfshirë bibliotekën që kam përdorur për motorët servo

#include #include SoftwareSerial mySerial (7, 8); #përcakto MYO_PIN A0 int sensorVlera; tensioni notues; // caktoni një emër në servo tim VarSpeedServo servo1; VarSpeedServo servo2; VarSpeedServo servo3; VarSpeedServo servo4; VarSpeedServo servo5; #define PINKY 5 #define PINKY_PIN 10 #define RINGFINGER 4 #define RINGFINGER_PIN 9 #define MIDDLE 3 #define MIDDLE_PIN 3 #define INDEX 2 #define INDEX_PIN 5 #define THUMB 1 #EINPOIN 6 (MIRS)); // kunja të cilën e bashkova motorin tim servo1.attach (THUMB_PIN); servo2.attach (INDEX_PIN); servo3.tash (MIDDLE_PIN); servo4.tash (RINGFINGER_PIN); servo5.shtoj (PINKY_PIN); defaultPozicioni (THUMB, 40); defaultPosition (INDEX, 40); defaultPosition (MIDDLE, 40); defaultPozicioni (RINGFINGER, 40); defaultPozicioni (PINKY, 40); mySerial.filloj (9600); mySerial.print ("Fillimi…"); } void loop () {sensorValue = analogRead (A0); tension = sensorVlera * (5.0 / 1023.0); mySerial.println (tension); vonesa (100); nëse (tension> 1) {closePosition (PINKY, 60); closePosition (RINGFINGER, 60); closePosition (Mesatar, 60); closePosition (INDEX, 60); closePosition (THUMB, 60); } else {openPosition (PINKY, 60); openPosition (RINGFIGER, 60); openPosition (Mesatar, 60); pozicioni i hapur (INDEKS, 60); openPosition (THUMB, 60); }} void defaultPosition (uint8_t gisht, uint8_t _speed) {if (gisht == PINKY) servo5.write (90, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == RINGFINGER) servo4.write (70, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == MIDDLE) servo3.write (20, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == INDEX) servo2.write (20, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == THUMB) servo1.write (20, _speed, true); } void closePosition (uint8_t gisht, uint8_t _speed) {if (gisht == PINKY) servo5.write (180, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == RINGFINGER) servo4.write (180, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == MIDDLE) servo3.write (180, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == INDEX) servo2.write (180, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == THUMB) servo1.attach (180, _speed, true); } void openPosition (uint8_t gisht, uint8_t _speed) {if (gisht == PINKY) servo5.write (0, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == RINGFINGER) servo4.write (0, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == MIDDLE) servo3.write (0, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == INDEX) servo2.write (0, _speed, true); përndryshe nëse (gishti == THUMB) servo1.write (0, _speed, true); } // Pasi të shkruajmë programin, e ngarkojmë në tabelë duke> Skicuar> Ngarkoni duke përdorur Programmer // Tani mund të lidhni mikro satshakit tuaj nga arduino juaj dhe ta aktivizoni atë përmes bankës së energjisë // Dhe voila !! Ju keni një krah protezë