Moonwalk: haptinen palauteproteesi: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Kuvaus:

Moonwalk on paineherkkä proteesilaite yksilöille, joilla on heikentynyt tuntoaistin tunne (neuropatian kaltaiset oireet). Moonwalk on suunniteltu auttamaan yksilöitä saamaan hyödyllistä haptista palautetta, kun jalat joutuvat kosketuksiin maan kanssa, jotta he voivat parantaa tasapainoa ja liikkuvuutta.

Akshay Dinakar on suunnitellut ja tehnyt avoimen lähdekoodin.

Jos haluat nähdä lisää projekteja ja luomuksia, käy osoitteessa www.akshaydinakar.com/lab, Akshay Dinakar Designin voittoa tavoittelematon suunnittelustudio.

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

Tämä proteesilaite käyttää velostaattianturia (kiinnitetty lääketieteellisellä kiinnityksellä, nanoimulla tai kangasholkilla mihin tahansa asiaankuuluvaan kehon osaan) painearvojen lukemiseksi analogisten nastojen kautta sopivalla mikrokontrollerilla. Kun painearvo saavuttaa tietyn rajan, tietty haptinen signaali aktivoituu ja varoittaa käyttäjää siitä, että he ovat joutuneet kosketuksiin pinnan kanssa.

Tarkoitukseni:

Tämän projektin tarkoituksena on luoda edullinen proteesilaite, joka parantaa jokaisen kehon osan tunnottomuuden omaavaa itsenäisyyttä ja liikkuvuutta. Minulla on henkilökohtaista kokemusta perheenjäsenistä, jotka kokevat tämän tilan, ja halusin luoda helppokäyttöisen ratkaisun, jonka muut, joilla on rajallinen suunnittelukokemus, voisivat koota itse. Oireiden yksilöllistymisen ja elektronisten komponenttien saatavuuden vuoksi on haastavaa luoda laite, joka toimii useisiin käyttötapauksiin. Olen kuitenkin ylpeä voidessani julkaista Moonwalkin ratkaisuna, jota voidaan käyttää missä tahansa raajassa / kehon osassa ja joka on yhteensopiva useiden muototekijöiden kanssa (sen mukaan, kumpi on käyttäjälle sopivin).

Esteettisistä syistä ja ammattimaisesta viimeistelystä olen käyttänyt kehittyneitä valmistustekniikoita, kuten juottamista, silikonivalua / -valua ja 3D-tulostusta tämän proteesin kokoamiseen. Kuitenkin yksinkertaiset leipälaudat ja ompelutekniikat saavat myös työn aikaan.

Tausta:

Lähes 20 miljoonaa ihmistä pelkästään Yhdysvalloissa kokee neuropatiaa, joka on yleinen diabeteksen, syövän ja niveltulehduksen sivuvaikutus. Neuropatialle on ominaista seos teräviä pistelykipuja ja tunnottomuutta yksilöiden käsissä ja jaloissa perifeerisen hermovaurion seurauksena. Neuropatia voi rajoittaa voimakkaasti liikkuvuutta vähentämällä kosketusta, kun jalat ja kädet joutuvat kosketuksiin pintojen kanssa. Kuitenkin haptinen palaute värähtelyn muodossa koskemattomille kehon osille voi auttaa yksilöitä palauttamaan tasapainon yhdistämällä palautteen proprioceptive -mieleen.

Tarvikkeet

Laitteisto:

Mikro -ohjain (mikä tahansa alla olevista vaihtoehdoista on fantastinen):

• Arduino Nano (pienin fyysinen koko, mutta vaatii ylimääräisiä elektronisia komponentteja lataukseen)
• Adafruit Flora (puettavien laitteiden vaihtoehto-tasainen muoto ja sisäänrakennettu lataus)
• Adafruit Feather (sisältää paljon lisäominaisuuksia, joita emme tarvitse, mutta erittäin kompakti muoto ja sisäänrakennettu lataus). Käytän tätä mikro -ohjainta tässä opetusohjelmassa. Featherista on eri versioita kuin BLE-, WiFi- tai radio -sirut - mikä tahansa toimii.

Tärinämoottori:

LRA -tärinämoottori (pystyy tarjoamaan paljon muokattavamman tärinäantuman kuin tyypillinen ERM -tärinämoottori). Mikä tahansa alle 3 V: n värähtelymoottori toimii, mutta LRA on vahvin värähtelyteho (käytämme yksinkertaistettua piiriä tehdäksemme suunnittelustamme kompaktin [syöttämällä tärinämoottorin virran suoraan mikrokontrollerista), ja useimmilla mikro -ohjaimilla on virtarajoituksia, jotka heikentävät tärinää vahvuus)

Haptic -moottorin ohjain (liitännät mikro -ohjaimen ja tärinämoottorin välillä):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, valmistaja Texas Instruments ja jakelija Adafruit)

Li -Po -akku (jonnekin 100 - 350 mAh: n alueella pitäisi riittää):

3,7 V, 350 mAh Li-Po

Silikonilanka:

22 AWG -silikonilanka (silikoni tarjoaa erinomaisen joustavuuden ja kestävyyden tasapainon langalle ja on halkaisijaltaan oikea)

Materiaali Velostat

Velostat on paineherkkä pinta, joka muuttaa vastusta puristettaessa tai puristettaessa

Nauha

Kaikentyyppiset teipit (kanava, skotlantilainen, sähköinen, peite) toimivat, mutta suosittelen läpinäkyvää ja leveää pakkausnauhaa. Tarvitset vain muutaman tuuman

Alumiinifolio (tarvitset vain noin 4x4 tuumaa)

Ohjelmisto:

Arduino IDE (Lataa ja käytä ilmaiseksi, hanki se täältä ja asenna:

Vaihe 1: Kokoa Velostat -paineanturi

Se on yksinkertaisempaa kuin luulet.

1. Leikkaa velostaatti mitoiksi. Käytä saksia leikataksesi velostaattiarkkisi minkä kokoiseen anturiin tahansa. Jos käytät tätä proteesia jaloille, tee siitä kantapään kokoinen. Jos käytät sitä käsille tai sormille, tee siitä mitkä tahansa ihon pinta, jonka haluat peittää.

2. Leikkaa alumiinifolio sopivan kokoiseksi. Leikkaa kaksi alumiinifoliopalaa samankokoisiksi kuin velostaatin pala. Levitä velostaattikappale kahden alumiinifolion palan väliin. Alumiinifolio toimii johtavana kerroksena.

3. Kuori silikonilanka. Irrota langanpoistajilla 3-4 tuumaa paljastettua lankaa kahdesta silikonijohtosegmentistä. Jokaisen silikonilangan tulisi olla noin 15-20 tuumaa pitkä (tee niistä molemmista yhtä pitkiä esteettisen houkuttelevuuden vuoksi). Aseta jokainen irrotettu lanka alumiinifolion puolelle. Yleinen voileipäjärjestys on nyt: kuorittu lanka 1, alumiinifolio 1, velostaatti, alumiinifolio 2, kuorittu lanka 2.

4. Teippaa paineanturi yhteen. Teippaa komponentti -voileivän päälle ja leikkaa ylimääräiset teippaukset pois niin, että kaikki on kiinnitetty tukevasti yhteen. On erittäin tärkeää, että velostaatti erottaa sandwichin molemmat puolet puhtaasti (pohjassa oleva alumiinifolio / kuorittu lanka EI saa olla kosketuksissa johtavien yläpintojen osien kanssa).

5. Punosta lanka. Jotta johdot pysyisivät yhdessä ja estetään niiden heiluminen käyttäjän liikkeen aikana, pyöritä niitä yhteen (mitä useammin pyörität, sitä turvallisempia ne ovat). Tämä on myös hyvä sähkötekniikan käytäntö, kun sinulla on pitkien johtojen ryhmiä, jotka kulkevat samasta alusta loppuun.

Vaihe 2: Liitä komponentit

Aika yhdistää kaikki yksittäiset elektroniset osat. Juotin kaikki komponentit yhteen, mutta on myös mahdollista käyttää leipälautaa (siinä tapauksessa sinun on silti juotettava nastat mikrokontrolleriisi ja haptimoottorin ohjaimeen).

1. Juotospaineanturi mikrokontrolleriin: Liitä punottu johto mikrokontrollerisi analogiseen (A1) -tappiin ja juota jäljellä oleva punottu johto maadoitusnastaan.

2. Juotinvärähtelymoottori Haptic -moottorin ohjaimeen: Juotos tärinämoottorin punainen (positiivinen) johto + -liitäntään ja sininen (maadoitusjohto) haptimoottorin ohjaimen - -liitäntään.

3. Juotos Haptic -moottorin ohjain mikrokontrolleriin: Käytä kahta hyvin lyhyttä silikonijohdinosaa ja juota seuraavat haptisen moottorin ohjaimen nastat mikrokontrolleriin.

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

*Haptisen moottorin ohjain käyttää I2C -nimistä viestintäjärjestelmää "puhuakseen" mikro -ohjaimelle. SCL- ja SDA -nastat ovat tämän viestinnän reittejä.

4. Liitä akku: Liitä Li-Po-paristokotelo mikro-ohjaimeen. Jos akussa on varausta, se voi sytyttää LED -valon mikrokontrollerissa. Ensimmäiset merkit elämästä!:)

Vaihe 3: Elektroniikan ohjelmointi

Jos et ole vielä ladannut ja asentanut Arduino IDE: tä, nyt on oikea aika. Haluan "pseudokoodata" ohjelmani sanoilla ennen koodaamisen aloittamista, joten olen jo tajunnut, mitä minun on kirjoitettava C ++: ssa.

Proteesiohjelmistokoodimme tekee seuraavaa:

Monta kertaa sekunnissa mikrokontrollerimme lukee anturin havaitseman painearvon, ja jos painearvo on riittävän vahva (toisin sanoen anturi on kosketuksissa maahan), aktivoimme haluamamme värähtelykuvion haptisen moottorin kuljettaja. Liitetyllä koodilla saavutetaan tämä perustoiminto, mutta moottori on helppo mukauttaa tuottamaan eri kuvioita tai voimakkuuksia aiheuttavia värähtelyjä, jotka perustuvat paineanturin havaitsemiin eri arvoihin (eli kevyt kosketus vs. vahva kosketus)

*Oletan perustiedot Arduino IDE: n käytöstä, kirjastojen asentamisesta ja koodin lataamisesta yhdistettyyn mikro-ohjaimeen. Jos olet täysin uusi Arduinossa, käytä näitä opetusohjelmia saadaksesi nopeuden.

1. Lataa ja asenna Adafruit DRV -tiedostot samaan kansioon, jossa Arduino -luonnoksesi on.

2. Lataa, lataa ja suorita LevitateVelostatCode -ohjelma mikro -ohjaimellasi (muista asettaa muuttujat asianmukaisesti velostaattianturin herkkyyden perusteella. Voit kalibroida CLIFF- ja CUTOFF -arvot avaamalla Arduino -sarjamonitorin ja testaamalla erilaisia painerajat tarvittavassa käyttötapauksessa.

3. Onnittelut! Sinulla on jo toimiva proteesi. Loput ovat vain estetiikkaa ja päättää, miten haluat kiinnittää sen käyttäjän kehoon.

Vaihe 4: Muototekijä + estetiikka

Sinä päätät, missä ja miten haluat Moonwalkin kiinnittyvän käyttäjän kehoon. Alun perin suunniteltu käyttötapa oli jalkakosketuksen tunnistamiseen, joten paineanturi mahtui luonnollisesti käyttäjän kantapään alle.

Jotta elektroniikka pysyisi mukavana ja kompaktina, suunnittelin ja valmistin kotelon (3D-painettu ja silikonivalettu, jotta se joustaa iholla joustavasti). Olen liittänyt 3D -tiedostot (. STL -muodossa) tähän Instructableen.

*Suurimman tärinän saavuttamiseksi on tärkeää, että LRA-moottori (joka toimii nopeasti tuottamalla tärinää z-akselin jousesta) on suorassa kosketuksessa ihoa koskettaviin pintoihin (toisin kuin ERM, jos LRA kelluu ilmassa, iho ei tunne mitään). Suunnitteluni kannalta on järkevää kiinnittää elektroniikka nano- / geelityynyllä (nämä voidaan helposti ostaa verkosta ja sopivat erinomaisesti useisiin ihokäyttöihin), lääketieteellisellä teipillä tai kangasholkilla. Teoriassa voit myös liu'uttaa Moonwalkin joustavien / spandex -vaatteiden alle, jos sitä käytetään jalassa tai reisissä.

Vaihe 5: Valmis proteesi

Toivon, että suunnitteluni palvelee sinua. Voit vapaasti muokata, remixiä ja parantaa tätä pohjarakennetta - äläkä ole vieras! Minuun saa yhteyden verkkosivustoni kautta (www.akshaydinakar.com/home).