Moonwalk: a Haptic Feedback Protezēšana: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Apraksts:

Moonwalk ir spiediena jutīga protezēšanas ierīce cilvēkiem ar pavājinātu taustes sajūtu (neiropātijai līdzīgi simptomi). Moonwalk tika izstrādāts, lai palīdzētu cilvēkiem saņemt noderīgas haptiskas atsauksmes, kad viņu kājas saskaras ar zemi, lai viņi varētu uzlabot līdzsvaru un mobilitāti.

Izstrādāja un izgatavoja Akshay Dinakar atvērtā koda.

Lai redzētu vairāk projektu un darbu, apmeklējiet Akshay Dinakar Design bezpeļņas dizaina studiju www.akshaydinakar.com/lab.

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

Šajā protezēšanas ierīcē tiek izmantots velostata sensors (piestiprināts ar medicīnisku adhēziju, nanosūkšanu vai auduma uzmavu pie jebkuras atbilstošas ķermeņa daļas), lai nolasītu spiediena vērtības, izmantojot analogās tapas uz atbilstoša mikrokontrollera. Kad spiediena vērtība sasniedz noteiktu robežu, tiek aktivizēts noteikts haptiskais signāls, kas brīdina lietotāju, ka viņš ir saskāries ar virsmu.

Mans nodoms:

Šī projekta mērķis ir izveidot lētu protezēšanas ierīci, lai uzlabotu jebkura indivīda, kuram ir nejutīgums kādā ķermeņa daļā, neatkarību un mobilitāti. Man ir personīga pieredze ar ģimenes locekļiem, kuri saskaras ar šo stāvokli, un vēlējos izveidot pieejamu risinājumu, ko citi ar ierobežotu inženiertehnisko pieredzi varētu savākt paši. Sakarā ar simptomu individualizāciju un elektronisko komponentu pieejamības dažādību, ir grūti izveidot ierīci, kas darbojas dažādiem lietošanas gadījumiem. Tomēr es lepojos, ka izlaidu Moonwalk kā risinājumu, ko var izmantot uz jebkuras ekstremitātes / skartās ķermeņa daļas un kas ir savietojams ar virkni formas faktoru (atkarībā no tā, kurš lietotājam ir vispiemērotākais).

Estētisku apsvērumu un profesionālas apdares dēļ šīs protēzes salikšanai esmu izmantojis uzlabotas izgatavošanas metodes, ieskaitot lodēšanu, silikona liešanu / liešanu un 3D drukāšanu. Tomēr vienkāršas maizes dēļu un šūšanas metodes arī paveic darbu.

Fons:

Gandrīz 20 miljoni cilvēku vien ASV piedzīvo neiropātiju, kas ir bieža diabēta, vēža un artrīta blakusparādība. Neiropātiju raksturo asas tirpšanas sāpes un nejutīgums plaukstās un kājās atsevišķiem cilvēkiem perifēro nervu bojājumu rezultātā. Neiropātija var ievērojami ierobežot mobilitāti, samazinot pieskāriena sajūtu, kad kājas un rokas saskaras ar virsmām. Tomēr haptiska atgriezeniskā saite vibrāciju veidā uz neskartām ķermeņa daļām var palīdzēt indivīdiem atgūt līdzsvaru, saistot atgriezenisko saiti ar savu proprioceptīvo sajūtu.

Piegādes

Aparatūra:

Mikrokontrolleris (jebkura no šīm iespējām ir fantastiska):

• Arduino Nano (mazākais fiziskais izmērs, bet uzlādēšanai būs nepieciešami papildu elektroniskie komponenti)
• Adafruit Flora (valkājamo ierīču opcija-plakanas formas faktors un iebūvēta uzlāde)
• Adafruit Feather (ir daudz papildu funkciju, kas mums nav vajadzīgas, bet ļoti kompakta forma un iebūvēta uzlāde). Šajā apmācībā es izmantošu šo mikrokontrolleri. Ir dažādas Feather versijas, izņemot BLE, WiFi vai radio mikroshēmas - jebkura darbosies.

Vibrācijas motors:

LRA vibrācijas motors (spēj nodrošināt daudz vairāk pielāgojamas vibrācijas sajūtas nekā tipiskais ERM vibrācijas motors). Jebkurš vibrācijas motors zem 3 V darbosies, bet LRA būs spēcīgākā vibrācijas izeja (mēs izmantojam vienkāršotu shēmu, lai padarītu mūsu dizainu kompaktu [darbinātu vibrācijas motoru tieši no mikrokontrollera), un lielākajai daļai mikrokontrolleru ir strāvas ierobežojumi, kas vājina vibrāciju spēks)

Haptic Motor Driver (saskarnes starp mikrokontrolleru un vibrācijas motoru):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, ražo Texas Instruments un izplata Adafruit)

Li -Po akumulators (kaut kur 100–350 mAh diapazonā vajadzētu būt daudz):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silikona stieple:

22 AWG silikona stieple (silikons nodrošina lielisku stieples elastības un izturības līdzsvaru, un tam ir pareizais diametrs)

Velostat materiāls

Velostat ir spiedienjutīga virsma, kas saspiežot vai saspiežot maina pretestību

Lente

Jebkura veida lente (kanāls, skotu, elektriskā, maskēšana) derēs, bet es iesaku caurspīdīgu un platu iepakojuma lenti. Jums būs nepieciešami tikai daži centimetri

Alumīnija folija (jums vajadzīgas tikai aptuveni 4x4 collas)

Programmatūra:

Arduino IDE (bezmaksas lejupielādei un lietošanai, iegūstiet to šeit un instalējiet:

1. darbība: samontējiet Velostat spiediena sensoru

Tas ir vienkāršāk, nekā jūs domājat.

1. Izgrieziet velostatu pēc izmēra. Izmantojiet šķēres, lai apgrieztu velostata lapu līdz vajadzīgajam izmēra sensoram. Ja jūs izmantojat šo protēzi kājām, padariet to par papēža izmēru. Ja to izmantojat rokām vai pirkstiem, padariet to par izmēru jebkurai ādai, kuru vēlaties pārklāt.

2. Izgrieziet alumīnija foliju pēc izmēra. Izgrieziet divus alumīnija folijas gabalus tādos pašos izmēros kā velostata gabals. Ievietojiet velostata gabalu starp diviem alumīnija folijas gabaliem. Alumīnija folija kalpo kā vadošs slānis.

3. Izņemiet silikona stiepli. Izmantojot stieples noņēmējus, no diviem silikona stieples segmentiem noņemiet 3-4 collas atklātās stieples. Katrai silikona stieplei jābūt apmēram 15-20 collas garai (lai tās būtu estētiski pievilcīgas). Novietojiet katru noņemto vadu alumīnija folijas pusē. Kopējais sviestmaižu pasūtījums ir šāds: noņemta stieple 1, alumīnija folija 1, velostats, alumīnija folija 2, noņemta stieple 2.

4. Lentes spiediena sensors kopā. Uzlīmējiet līmlenti virs komponentu sviestmaizes un nogrieziet visus liekos lentes gabalus tā, lai viss būtu droši savienots kopā. Ir ārkārtīgi svarīgi, lai velostats tīri atdalītu sviestmaizes abas puses (alumīnija folija / noņemtais vads apakšā NEDRĪKST saskarties ar nevienu augšējo vadošo virsmu daļu).

5. Pīt vadu. Lai vadi būtu kopā un neļautu tiem kustēties lietotāja kustības laikā, savelciet tos kopā (jo vairāk reizes jūs virpināsit, jo drošāki tie būs). Tā ir arī laba elektrotehnikas prakse, ja jums ir garu vadu grupas no viena sākuma līdz beigu punktam.

2. darbība. Savienojiet komponentus

Laiks savienot visas jūsu atsevišķās elektroniskās detaļas. Es lodēju visas savas sastāvdaļas kopā, bet ir iespējams izmantot arī maizes dēli (tādā gadījumā jums joprojām būs jāpielodē tapas uz jūsu mikrokontrollera un haptiskā motora draivera).

1. Lodēšanas spiediena sensors pie mikrokontrollera: pievienojiet vienu no pītajiem vadiem pie sava mikrokontrollera analogās (A1) tapas un atlikušo pīto vadu pielodējiet pie zemes (Gnd) tapas.

2. Lodēšanas vibrācijas motors uz Haptic motora draiveri: pielodējiet vibrācijas motora sarkano (pozitīvo) vadu pie + spailes un zilo (zemējuma) vadu pie haptiskā motora draivera spailes.

3. Lodēt Haptic motora draiveri pie mikrokontrollera: Izmantojot divus ļoti īsus silikona stieples segmentus, pielieciet pie mikrokontrollera šādas tapas uz haptiskā motora draivera.

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

*Haptiskā motora draiveris izmanto sakaru sistēmas veidu I2C, lai "sarunātos" ar mikrokontrolleri. SCL un SDA tapas ir šīs komunikācijas ceļi.

4. Pievienojiet akumulatoru: pievienojiet Li-Po akumulatora galveni mikrokontrolleram. Ja akumulators ir uzlādēts, tas var iedegties uz mikrokontrollera gaismas diodes. Pirmās dzīves pazīmes!:)

3. darbība: elektronikas programmēšana

Ja vēl neesat lejupielādējis un instalējis Arduino IDE, tagad ir īstais laiks. Man patīk "pseidokodēt" savu programmu ar vārdiem pirms kodēšanas uzsākšanas, lai es jau būtu sapratis, kas man jāraksta C ++.

Lūk, ko dara mūsu protezēšanas programmatūras kods:

Daudzas reizes sekundē mūsu mikrokontrolleris nolasa sensora noteikto spiediena vērtību, un, ja spiediena vērtība ir pietiekami spēcīga (citiem vārdiem sakot, sensors saskaras ar zemi), mēs aktivizējam vēlamo vibrāciju. haptic motora vadītājs. Pievienotais kods nodrošina šo pamata funkcionalitāti, taču ir viegli pielāgot savu motoru, lai nodrošinātu dažāda rakstura vai stipruma vibrācijas, pamatojoties uz dažādām vērtībām, kuras nosaka spiediena sensors (t.i., gaismas kontakts pret spēcīgu kontaktu)

*Es pieņemu pamatzināšanas par Arduino IDE izmantošanu, bibliotēku instalēšanu un koda augšupielādi pievienotajā mikrokontrollerī. Ja esat pilnīgi jauns Arduino lietotājs, izmantojiet šīs apmācības, lai paātrinātu ātrumu.

1. Lejupielādējiet un instalējiet Adafruit DRV failus tajā pašā mapē, kurā atrodas jūsu Arduino skice.

2. Lejupielādējiet, augšupielādējiet un palaidiet programmu LevitateVelostatCode savā mikrokontrollerī (noteikti iestatiet mainīgos atbilstoši jūsu velostata sensora jutīgumam. Jūs varat kalibrēt CLIFF & CUTOFF vērtības, atverot Arduino sērijas monitoru un izmēģinot dažādus spiediena robežas, jums nepieciešamajam lietošanas gadījumam.

3. Apsveicu! Jums jau ir funkcionējoša protezēšanas ierīce. Viss pārējais ir estētika un lēmums par to, kā vēlaties to piestiprināt pie lietotāja ķermeņa.

4. solis: formas faktors + estētika

Tas ir atkarīgs no jums, kur un kā vēlaties Moonwalk piestiprināt pie lietotāja ķermeņa. Mans sākotnēji paredzētais lietošanas gadījums bija paredzēts pēdu kontaktu noteikšanai, tāpēc spiediena sensors dabiski iederējās zem lietotāja papēža.

Lai elektronika būtu jauka un kompakta, es izstrādāju un izgatavoju korpusa konteineru (ar 3D drukātu un veidotu silikonu, lai nodrošinātu elastīgu saskari ar ādu). Esmu pievienojis 3D failus (. STL formā) šai instrukcijai.

*Lai panāktu maksimālu vibrāciju, ir svarīgi, lai LRA motors (kas darbojas, ātri radot vibrācijas no z-ass atsperes) būtu tiešā saskarē ar virsmām, kas pieskaras ādai (atšķirībā no ERM, ja LRA peld gaisā, jūsu āda neko nejutīs). Manam dizainam ir visnozīmīgāk pievienot elektroniku, izmantojot nanosūkšanas / gēla spilventiņu (tos var viegli iegādāties tiešsaistē un ir lieliski piemēroti vairākkārtējai lietošanai uz ādas), medicīnisko lenti vai auduma uzmavu. Teorētiski jūs varētu arī paslīdēt Moonwalk zem elastīga / spandeksa apģērba, ja to lieto uz kājas vai augšstilba.

5. solis: pabeigta protezēšana

Es ceru, ka mans dizains jums noderēs. Lūdzu, nekautrējieties pielāgot, remiksēt un uzlabot šo bāzes dizainu - un neesiet svešinieks! Ar mani var sazināties, izmantojot manu vietni (www.akshaydinakar.com/home).