Mjesečeva šetnja: Haptička povratna proteza: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Opis:

Moonwalk je protetski uređaj osjetljiv na pritisak za osobe s oštećenim taktilnim osjetom (simptomi slični neuropatiji). Mjesečeva šetnja osmišljena je kako bi pomogla pojedincima da dobiju korisnu haptičku povratnu informaciju kada njihova stopala dođu u dodir s tlom, kako bi poboljšali ravnotežu + pokretljivost.

Dizajnirao i napravio open-source Akshay Dinakar.

Za više projekata i kreacija posjetite www.akshaydinakar.com/lab, neprofitni dizajn studio Akshay Dinakar Design.

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

Ovaj protetski uređaj koristi velostatski senzor (pričvršćen medicinskom adhezijom, nanosukcijom ili rukavom od tkanine na bilo koji relevantan dio tijela) za očitavanje vrijednosti tlaka putem analognih pinova na odgovarajućem mikrokontroleru. Nakon što vrijednost tlaka dosegne određenu granicu, aktivira se određeni haptički signal koji upozorava korisnika da je došao u dodir s površinom.

Moja namjera:

Namjera ovog projekta je stvoriti jeftin protetski uređaj za poboljšanje neovisnosti i mobilnosti svakog pojedinca s utrnulošću u dijelu tijela. Imam osobno iskustvo s članovima obitelji koji imaju takvo stanje i želio sam stvoriti pristupačno rješenje koje bi drugi s ograničenim inženjerskim iskustvom mogli sami sastaviti. Zbog individualizacije simptoma i raznolikosti dostupnosti elektroničkih komponenti, izazov je stvoriti uređaj koji radi za niz slučajeva uporabe. Međutim, s ponosom predstavljam Moonwalk kao rješenje koje se može koristiti na bilo kojem udu / zahvaćenom dijelu tijela, kompatibilno s nizom čimbenika oblika (ovisno o tome što je za korisnika najprikladnije).

Zbog estetskih razloga i profesionalne završne obrade, za sastavljanje ove proteze upotrijebio sam napredne tehnike izrade, uključujući lemljenje, silikonsko lijevanje / lijevanje i 3D ispis. Međutim, jednostavne tehnike izrade i šivanja također završavaju posao.

Pozadina:

Gotovo 20 milijuna pojedinaca samo u SAD -u ima neuropatiju, uobičajenu nuspojavu dijabetesa, raka i artritisa. Neuropatiju karakterizira mješavina oštrih trnci i utrnulosti u rukama i stopalima pojedinaca, kao posljedica oštećenja perifernih živaca. Neuropatija može ozbiljno ograničiti mobilnost smanjenjem osjećaja dodira kada stopala i ruke dođu u dodir s površinama. Međutim, haptička povratna informacija u obliku vibracija na neoštećenim dijelovima tijela može pomoći pojedincima da povrate ravnotežu povezujući povratne informacije sa svojim proprioceptivnim osjećajem.

Pribor

Hardver:

Mikrokontroler (bilo koja od dolje navedenih opcija je fantastična):

• Arduino Nano (najmanja fizička veličina, ali će za punjenje biti potrebne dodatne elektroničke komponente)
• Adafruit Flora (opcija za nošenje-ravni oblik i ima ugrađeno punjenje)
• Adafruit Feather (ima mnogo dodatnih značajki koje nam ne trebaju, ali vrlo kompaktan oblik i ugrađeno punjenje). Koristit ću ovaj mikrokontroler za ovaj vodič. Postoje različite verzije Feather -a osim BLE, WiFi ili Radio čipova - svaka će raditi.

Vibracijski motor:

LRA vibracijski motor (sposoban pružiti mnogo prilagodljiviji vibracijski osjećaj od tipičnog ERM motora s vibracijama). Svaki vibracijski motor ispod 3 V će raditi, ali LRA će biti najjači izlaz vibracija (koristimo pojednostavljeni krug kako bismo naš dizajn učinili kompaktnim [napajanje vibracijskog motora izravno iz mikrokontrolera), a većina mikrokontrolera ima ograničenja struje koja slabe vibracije snaga)

Upravljački program haptičkog motora (sučelja između mikrokontrolera i vibracijskog motora):

Vozač haptičkog motora (DRV2605L, proizvod Texas Instruments, a distributer Adafruit)

Li -Po baterija (negdje u rasponu od 100 - 350 mAh bi trebalo biti dosta):

3,7v, 350 mAh Li-Po

Silikonska žica:

22 AWG Silikonska žica (silikon pruža odličnu ravnotežu fleksibilnosti i izdržljivosti žice, a pravi je promjer)

Velostat materijal

Velostat je površina osjetljiva na pritisak koja mijenja otpor kada se stisne ili stisne

Traka

Bilo koja vrsta trake (kanalska, škotska, električna, maskirajuća) će raditi, ali preporučujem prozirnu i široku traku za pakiranje. Trebat će vam samo nekoliko centimetara

Aluminijska folija (trebate samo 4x4 inča)

Softver:

Arduino IDE (besplatno preuzimanje i korištenje, preuzmite ga ovdje i instalirajte:

Korak 1: Sastavite svoj senzor tlaka Velostat

Jednostavnije je nego što mislite.

1. Izrežite velostat na veličinu. Škarama obrežite list velostata na bilo koji senzor veličine koji vam je potreban. Ako koristite ovu protezu za stopala, neka bude veličine pete. Ako ga koristite za ruke ili prste, neka bude dimenzija bilo koje kože koju želite pokriti.

2. Izrežite aluminijsku foliju na veličinu. Izrežite dva komada aluminijske folije na iste dimenzije kao i komad velostata. Sendvič komad velostata između dva komada aluminijske folije. Aluminijska folija služi kao vodljivi sloj.

3. Skinite silikonsku žicu. Pomoću skidača žice skinite 3-4 inča izložene žice s dva segmenta silikonske žice. Svaka silikonska žica trebala bi biti dugačka oko 15-20 inča (neka budu oboje iste duljine radi estetske privlačnosti). Svaku ogoljenu žicu stavite sa strane aluminijske folije. Ukupna narudžba sendviča sada je: ogoljena žica 1, aluminijska folija 1, velostat, aluminijska folija 2, ogoljena žica 2.

4. Zalijepite senzor tlaka zajedno. Zalijepite svoj sastavni sendvič i odrežite sve dodatne trake, tako da je sve čvrsto spojeno. Izuzetno je važno da velostat čisto razdvaja dvije strane sendviča (aluminijska folija / ogoljena žica na dnu NE smije doći u dodir s bilo kojim dijelom gornjih vodljivih površina).

5. Upletite žicu. Da biste držali žice zajedno i spriječili njihovo posrtanje tijekom kretanja korisnika, zavrtite ih zajedno (što se više puta okrećete, to će biti sigurnije). Ovo je također dobra praksa elektrotehnike kada imate grupe dugih žica koje idu od iste početne do krajnje točke.

Korak 2: Povežite svoje komponente

Vrijeme je za povezivanje svih vaših pojedinačnih elektroničkih dijelova. Spajao sam sve svoje komponente zajedno, ali također je moguće koristiti i matičnu ploču (u tom slučaju i dalje ćete morati lemiti pinove na mikrokontroler i upravljački program haptičkog motora).

1. Senzor pritiska lemljenja na mikrokontroler: Spojite jednu od svojih pletenih žica na analogni (A1) pin vašeg mikrokontrolera, a preostalu pletenu žicu lemite na uzemljenje (Gnd).

2. Lemljeni vibracijski motor na upravljački program haptičkog motora: Lemite crvenu (pozitivnu) žicu vašeg vibracijskog motora na + terminal, a plavu (uzemljenu) žicu na - terminalu haptičkog motora.

3. Lemite upravljački program haptičkog motora na mikrokontroler: Pomoću dva vrlo kratka segmenta silikonske žice, lemite sljedeće iglice na upravljačkom programu haptičkog motora na mikrokontroler.

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

*Upravljački program haptičkog motora koristi vrstu komunikacijskog sustava zvanog I2C za "razgovor" s mikrokontrolerom. SCL i SDA pinovi su putevi za ovu komunikaciju.

4. Spojite bateriju: Priključite zaglavlje Li-Po baterije na mikrokontroler. Ako je baterija napunjena, može zasvijetliti LED dioda na mikrokontroleru. Prvi znakovi života!:)

Korak 3: Programiranje vaše elektronike

Ako još niste preuzeli i instalirali Arduino IDE, sada je vrijeme. Volim "pseudokodirati" svoj program riječima prije nego počnem kodirati, tako da sam već shvatio što moram napisati u C ++.

Evo što radi naš softver za protetski softver:

Mnogo puta u sekundi naš mikrokontroler očitava vrijednost tlaka koju senzor detektira, a ako je vrijednost tlaka dovoljno jaka (drugim riječima, osjetnik je u dodiru s tlom), aktiviramo bilo koji uzorak vibracija koji želimo od vozač haptičkog motora. Priloženi kôd ispunjava ovu osnovnu funkcionalnost, no lako je prilagoditi vaš motor tako da osigurava vibracije različitih uzoraka ili jakosti, na temelju različitih vrijednosti koje senzor tlaka detektira (tj. Lagani kontakt nasuprot jakog kontakta)

*Pretpostavljam osnovno znanje o korištenju Arduino IDE-a, instaliranju knjižnica i učitavanju koda na spojeni mikrokontroler. Ako ste potpuno novi u Arduinu, upotrijebite ove vodiče za ubrzanje.

1. Preuzmite i instalirajte Adafruit DRV datoteke u istu mapu u kojoj se nalazi vaša Arduino skica.

2. Preuzmite, učitajte i pokrenite program LevitateVelostatCode na svom mikrokontroleru (svakako postavite varijable na temelju osjetljivosti vašeg senzora velostata. Možete kalibrirati vrijednosti CLIFF & CUTOFF otvaranjem Arduino serijskog monitora i testiranjem različitih granice tlaka, za slučaj upotrebe koji vam je potreban.

3. Čestitamo! Već imate funkcionalni protetski uređaj. Ostalo je samo estetika i odlučivanje kako ga želite pričvrstiti na tijelo korisnika.

Korak 4: Faktor oblika + estetika

Na vama je gdje i kako želite da se Moonwalk pričvrsti na tijelo korisnika. Moj izvorno predviđen slučaj uporabe bio je za otkrivanje dodira s nogama, pa je senzor tlaka prirodno stao ispod pete korisnika.

Kako bi elektronika bila lijepa i kompaktna, dizajnirao sam i izradio spremnik kućišta (3D tiskan i oblikovan silikonom, kako bi se omogućio fleksibilan kontakt s kožom). Priložio sam 3D datoteke (u. STL obliku) ovom uputstvu.

*Za maksimalne vibracije važno je da motor LRA (koji funkcionira tako da brzo stvara vibracije iz opruge z-osi) bude u izravnom dodiru s površinama koje dodiruju kožu (za razliku od ERM-a, ako LRA pluta u zraku, vaš koža neće ništa osjetiti). Za moj dizajn, ima smisla priključiti elektroniku putem nanosukcijskog / gel jastučića (oni se lako mogu kupiti na mreži i izvrsni su za višestruku uporabu na koži), medicinske trake ili platnenog rukava. U teoriji, Mjesečevu šetnju možete staviti i ispod elastične / spandex odjeće, ako se koristi na nozi ili bedru.

Korak 5: Gotova proteza

Nadam se da će vam moj dizajn poslužiti. Slobodno dotjerajte, promiješajte i poboljšajte ovaj osnovni dizajn - i nemojte biti stranci! Mogu me kontaktirati putem svoje web stranice (www.akshaydinakar.com/home).