Moonwalk: a Haptic Feedback Prosthetic: 5 Stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Beskrywing:

Moonwalk is 'n drukgevoelige prostetiese apparaat vir individue met 'n verswakte tasbare sensasie (neuropatie-agtige simptome). Moonwalk is ontwerp om individue te help om nuttige haptiese terugvoer te kry wanneer hul voete met die grond in aanraking kom, sodat hulle balans + mobiliteit kan verbeter.

Ontwerp en oopbron gemaak deur Akshay Dinakar.

Besoek www.akshaydinakar.com/lab, die nie-winsgewende ontwerpstudio van Akshay Dinakar Design vir meer projekte en skeppings.

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

Hierdie prostetiese toestel gebruik 'n velostatsensor (vasgemaak via mediese adhesie, nanosug of stofmou aan enige relevante deel van die liggaam) om drukwaardes in te lees via analoog penne op 'n geskikte mikrobeheerder. Sodra die drukwaarde 'n sekere limiet bereik, word 'n gespesifiseerde haptiese sein geaktiveer wat die gebruiker waarsku dat hulle met 'n oppervlak in aanraking gekom het.

My voorneme:

Die bedoeling van hierdie projek is om 'n goedkoop prostetiese toestel te skep om die onafhanklikheid + mobiliteit van 'n individu met gevoelloosheid in 'n deel van hul liggaam te verbeter. Ek het persoonlike ervaring met familielede wat hierdie toestand ondervind, en wou 'n toeganklike oplossing skep wat ander met beperkte ingenieurservaring self kan saamstel. As gevolg van die individualisering van die simptome en die verskeidenheid in die beskikbaarheid van elektroniese komponente, is dit 'n uitdaging om 'n toestel te skep wat geskik is vir verskillende toepassingsgevalle. Ek is egter trots daarop om Moonwalk vry te stel as 'n oplossing wat gebruik kan word op enige ledemaat / aangetaste deel van die liggaam, verenigbaar met 'n verskeidenheid vormfaktore (wat die beste by die gebruiker pas).

Vir estetiese oorwegings en professionele afwerking het ek gevorderde vervaardigingstegnieke gebruik, insluitend soldeer, silikoon giet / giet en 3D-drukwerk om hierdie prostese te monteer. Met eenvoudige broodplank- en naaldwerktegnieke word die werk ook gedoen.

Agtergrond:

Byna 20 miljoen individue in die VSA alleen ervaar neuropatie, 'n algemene newe -effek van diabetes, kanker en artritis. Neuropatie word gekenmerk deur 'n mengsel van skerp tintelende pyne en gevoelloosheid in die hande en voete van individue as gevolg van perifere senuweeskade. Neuropatie kan die mobiliteit aansienlik beperk deur aanraking te verminder wanneer voete en hande met oppervlaktes in aanraking kom. Haptiese terugvoer in die vorm van trillings op onaangeraakte dele van die liggaam kan individue egter help om balans te herwin deur die terugvoer te koppel aan hul proprioseptiewe sin.

Voorrade

Hardeware:

Mikrokontroleur (enige van die onderstaande opsies is fantasties):

• Arduino Nano (kleinste fisiese grootte, maar benodig ekstra elektroniese komponente vir laai)
• Adafruit Flora (opsie vir draagbare-plat vormfaktor en ingeboude laai)
• Adafruit Feather (het baie ekstra funksies wat ons nie nodig het nie, maar 'n baie kompakte vorm en ingeboude laai). Ek sal hierdie mikrobeheerder vir hierdie tutoriaal gebruik. Daar is verskillende weergawes van Feather as wat BLE-, WiFi- of radioskyfies insluit - enige werk.

Trillingsmotor:

LRA -vibrasiemotor (wat veel meer aanpasbare vibrasiesensasie kan bied as die tipiese ERM -vibrasiemotor). Enige vibrasiemotor onder 3V sal werk, maar 'n LRA sal die sterkste trillingsuitset wees (ons gebruik 'n vereenvoudigde stroombaan om ons ontwerp kompak te maak [dryf die vibrasiemotor direk vanaf die mikrobeheerder), en die meeste mikrobeheerders het huidige beperkings wat die vibrasie verswak sterkte)

Haptic Motor Driver (koppelvlakke tussen die mikrobeheerder en die vibrasiemotor):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, vervaardig deur Texas Instruments en versprei deur Adafruit)

Li -Po -battery (iewers in die 100 - 350 mAh -reeks behoort genoeg te wees):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silikoon draad:

22 AWG -silikondraad (die silikoon bied 'n uitstekende balans tussen buigsaamheid en duursaamheid vir die draad, en het die regte deursnee)

Velostat materiaal

Velostat is 'n drukgevoelige oppervlak wat weerstand verander wanneer dit geknyp of saamgepers word

Band

Enige tipe band (buis, Scotch, elektries, maskering) sal werk, maar ek beveel 'n deursigtige en wye verpakkingstape aan. U benodig slegs 'n paar sentimeter

Aluminiumfoelie (u benodig slegs ongeveer 4x4 duim)

Sagteware:

Arduino IDE (gratis om af te laai en te gebruik, kry dit hier en installeer:

Stap 1: Monteer u Velostat -druksensor

Dit is eenvoudiger as wat jy dink.

1. Sny jou velostat in grootte. Gebruik 'n skêr om u velostat -vel af te sny tot die grootte sensor wat u benodig. As u hierdie prostese vir voete gebruik, maak dit so groot soos 'n hak. As u dit vir hande of vingers gebruik, maak die afmetings van die vel wat u wil bedek.

2. Sny aluminiumfoelie in grootte. Sny twee stukke aluminiumfoelie in dieselfde afmetings as die stuk velostat. Sandwich die stuk velostat tussen die twee stukke aluminiumfoelie. Die aluminiumfoelie dien as 'n geleidende laag.

3. Trek silikondraad af. Met behulp van draadstroppers, verwyder 3-4 duim blootgestelde draad van twee silikoondraadsegmente. Elke silikoondraad moet ongeveer 15 tot 20 sentimeter lank wees (maak hulle dieselfde lengte vir estetiese aantrekkingskrag). Plaas elke gestroopte draad aan die kant van die aluminiumfoelie. Die algemene toebroodjiebestelling is nou: gestroopte draad 1, aluminiumfoelie 1, velostat, aluminiumfoelie 2, gestroopte draad 2.

4. Banddruksensor saam. Plak die toebroodjie vas en sny die ekstra stukkies band weg sodat alles stewig aan mekaar vasgemaak is. Dit is uiters belangrik dat die velostat die twee kante van die toebroodjie skoon van mekaar skei (die aluminiumfoelie / gestroopte draad aan die onderkant moet NIE in aanraking kom met enige deel van die boonste geleidende oppervlaktes nie).

5. Vleg die draad. Om die drade bymekaar te hou en te verhoed dat hulle tydens gebruikersbeweging ronddwaal, draai hulle saam (hoe meer keer jy draai, hoe veiliger sal hulle wees). Dit is ook 'n goeie praktyk vir elektriese ingenieurswese as u groepe lang drade van dieselfde begin tot eindpunt het.

Stap 2: Koppel u komponente

Tyd om al u individuele elektroniese onderdele aan te sluit. Ek het al my komponente saam gesoldeer, maar dit is ook moontlik om 'n broodbord te gebruik (in hierdie geval moet u nog steeds penne op u mikrobeheerder en haptiese motorbestuurder soldeer).

1. Soldeerdruksensor aan mikrobeheerder: Koppel een van u gevlegde drade aan 'n analoog (A1) pen van u mikrobeheerder, en soldeer die oorblywende gevlegde draad aan die grondpen (Gnd).

2. Soldeervibrasie -motor na Haptiese motorbestuurder: Soldeer die rooi (positiewe) draad van u vibrasiemotor na die + -aansluiting, en die blou (grond) draad na die - -aansluiting van die haptiese motorbestuurder.

3. Soldeer Haptiese motorbestuurder aan mikrobeheerder: Soldeer die volgende penne op die haptiese motorbestuurder aan die mikrokontroleerder met twee baie kort silikoon draad segmente.

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

*Die haptiese motorbestuurder gebruik 'n tipe kommunikasiestelsel genaamd I2C om met die mikrobeheerder te "praat". Die SCL- en SDA -penne is die weg vir hierdie kommunikasie.

4. Koppel battery: Koppel die Li-Po-batteryopskrif aan die mikrobeheerder. As u battery laai, kan dit 'n LED op die mikrokontroleerder brand. Eerste tekens van lewe!:)

Stap 3: Programmering van u elektronika

As u nog nie die Arduino IDE afgelaai en geïnstalleer het nie, is dit nou die tyd. Ek hou daarvan om my program in woorde te "pseudokodeer" voordat ek begin kodeer, sodat ek reeds agtergekom het wat ek in C ++ moet skryf.

Hier is wat ons prostetiese sagtewarekode doen:

Baie keer per sekonde lees ons mikrobeheerder die drukwaarde in wat die sensor opspoor, en as die drukwaarde sterk genoeg is (met ander woorde, die sensor is in aanraking met die grond), aktiveer ons die vibrasiepatroon wat ons wil hê van die haptiese motorbestuurder. Die aangehegte kode bied hierdie basiese funksionaliteit, maar dit is maklik om u motor aan te pas om vibrasies van verskillende patrone of sterkte te verskaf, gebaseer op verskillende waardes wat die druksensor opspoor (dws ligkontak teen sterk kontak)

*Ek veronderstel 'n basiese kennis van die gebruik van die Arduino IDE, die installering van biblioteke en die oplaai van kode na 'n gekoppelde mikrobeheerder. As u heeltemal nuut is in Arduino, gebruik hierdie tutoriale om vinnig te werk.

1. Laai die Adafruit DRV -lêers af en installeer dit in dieselfde gids waarin u Arduino -skets is.

2. Laai die program LevitateVelostatCode af, laai dit op en voer dit uit op u mikrobeheerder (maak seker dat u die veranderlikes toepaslik stel op grond van die sensitiwiteit van u velostatsensor. U kan die CLIFF & CUTOFF -waardes kalibreer deur die Arduino Serial Monitor oop te maak en verskillende te toets drukgrense, vir die gebruiksgeval wat u benodig.

3. Geluk! U het reeds 'n funksionele prostetiese toestel. Die res is alles esteties en besluit hoe u dit aan die gebruiker se liggaam wil heg.

Stap 4: Vormfaktor + estetika

Dit is aan u waar en hoe u wil hê Moonwalk aan die liggaam van die gebruiker moet koppel. My oorspronklike beoogde gebruiksgeval was vir die opsporing van voetkontak, sodat die druksensor natuurlik onder die hak van die gebruiker pas.

Om die elektronika mooi en kompak te hou, het ek 'n behuisingshouer ontwerp (3D-gedruk en met silikoon gevorm), sodat buigsame kontak met die vel moontlik is. Ek het die 3D -lêers (in. STL -vorm) by hierdie instruksies aangeheg.

*Vir maksimum vibrasie is dit belangrik dat die LRA-motor (wat funksioneer deur vinnig trillings uit 'n z-asveer te genereer) in direkte kontak is met oppervlaktes wat die vel raak (anders as 'n ERM, as 'n LRA in die lug dryf, sal u die vel voel niks). Vir my ontwerp is dit baie sinvol om die elektronika vas te maak via 'n nanosuiging / gelblok (dit kan maklik aanlyn gekoop word en is ideaal vir veelvuldige gebruik op die vel), mediese band of 'n lapmou. In teorie kan u Moonwalk ook onder elastiese / spandex -kledingstukke skuif as dit op die been of bobeen gebruik word.

Stap 5: Die voltooide prostese

Ek hoop dat my ontwerp vir u van nut is. Voel vry om hierdie basisontwerp aan te pas, te remix en te verbeter - en moenie 'n vreemdeling wees nie! Ek kan gekontak word via my webwerf (www.akshaydinakar.com/home).