Moonwalk: Haptikus visszacsatolás Protézis: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Leírás:

A Moonwalk nyomásérzékeny protetikai eszköz a tapintási érzékenységben szenvedőknek (neuropátia-szerű tünetek). A Moonwalk -ot úgy tervezték, hogy segítsen az egyéneknek hasznos haptikus visszajelzéseket kapni, amikor a lábuk a talajjal érintkezik, hogy javítsák az egyensúlyt és a mobilitást.

Akshay Dinakar tervezte és készítette nyílt forráskódú.

További projektek és alkotások megtekintéséhez látogasson el a www.akshaydinakar.com/lab webhelyre, az Akshay Dinakar Design nonprofit tervezőstúdiójába.

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

Ez a protézis eszköz velosztat szenzort használ (orvosi tapadás, nanaszívás vagy szövethüvely segítségével rögzítve a test bármely releváns részéhez), hogy a megfelelő mikrokontroller analóg csapjain keresztül beolvassa a nyomásértékeket. Amint a nyomásérték eléri egy bizonyos határértéket, egy meghatározott haptikus jel aktiválódik, és figyelmezteti a felhasználót, hogy felülettel érintkeztek.

Szándékom:

Ennek a projektnek az a célja, hogy egy olcsó protetikai eszközt hozzon létre, hogy fokozza a testrész egy részén zsibbadt egyén függetlenségét és mobilitását. Személyes tapasztalataim vannak a családtagokkal, akik ezt az állapotot tapasztalják, és olyan hozzáférhető megoldást akartam létrehozni, amelyet mások, korlátozott mérnöki tapasztalattal egyedül is összeállíthatnak. A tünetek és az elektronikus alkatrészek elérhetőségének sokfélesége miatt kihívást jelent egy olyan eszköz létrehozása, amely számos felhasználási esetre alkalmas. Büszke vagyok azonban arra, hogy kiadhatom a Moonwalk -ot olyan megoldásként, amely bármelyik végtagon / érintett testrészen használható, és számos alaktényezővel kompatibilis (attól függően, hogy melyik a legmegfelelőbb a felhasználó számára).

Esztétikai megfontolások és professzionális kivitelezés érdekében fejlett gyártási technikákat használtam, beleértve a forrasztást, a szilikonöntést / öntést és a 3D-nyomtatást a protézis összeállításához. Az egyszerű kenyérlapozás és varrástechnika azonban elvégzi a munkát.

Háttér:

Csak az Egyesült Államokban közel 20 millió ember tapasztal neuropátiát, a cukorbetegség, a rák és az ízületi gyulladás gyakori mellékhatását. A neuropátiát a perifériás idegkárosodás következtében éles bizsergő fájdalmak és zsibbadás keveréke jellemzi az egyének kezében és lábában. A neuropátia súlyosan korlátozhatja a mobilitást azáltal, hogy csökkenti az érintés érzését, amikor a láb és a kéz érintkezik a felületekkel. Azonban a hastrikus visszajelzés rezgések formájában az érintett testrészeken segíthet az egyéneknek abban, hogy visszanyerjék az egyensúlyt azáltal, hogy összekapcsolják a visszacsatolást a proprioceptív érzékükkel.

Kellékek

Hardver:

Mikrokontroller (az alábbi lehetőségek bármelyike fantasztikus):

• Arduino Nano (legkisebb fizikai méret, de további elektronikus alkatrészek szükségesek a töltéshez)
• Adafruit Flora (viselhető eszközök választható opciója-lapos forma és beépített töltés)
• Adafruit Feather (rengeteg extra funkcióval rendelkezik, amelyekre nincs szükségünk, de nagyon kompakt forma és beépített töltés). Ezt a mikrokontrollert fogom használni ehhez az oktatóanyaghoz. A Feather különböző verziói léteznek, mint BLE, WiFi vagy rádió chipek - bármelyik működni fog.

Rezgő motor:

LRA vibrációs motor (sokkal testreszabhatóbb rezgésérzetet képes biztosítani, mint a tipikus ERM vibrációs motor). Bármilyen 3 V alatti vibrációs motor működni fog, de az LRA lesz a legerősebb rezgéskimenet (egyszerűsített áramkört használunk, hogy kompakt legyen a konstrukciónk [a vibrációs motort közvetlenül a mikrokontrollerről tápláljuk), és a legtöbb mikrokontrollernek vannak olyan áramkorlátozásai, amelyek gyengítik a rezgést erő)

Haptic Motor Driver (interfészek a mikrokontroller és a vibrációs motor között):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, a Texas Instruments gyártója és az Adafruit forgalmazója)

Li -Po akkumulátor (valahol a 100-350 mAh tartományban bőven elegendőnek kell lennie):

3,7 V, 350 mAh Li-Po

Szilikon huzal:

22 AWG szilikon huzal (a szilikon nagy rugalmasságot és tartósságot biztosít a huzal számára, és megfelelő átmérőjű)

Velostat anyag

A Velostat egy nyomásérzékeny felület, amely összenyomva vagy összenyomva megváltoztatja az ellenállást

Szalag

Bármilyen típusú szalag (légcsatorna, skót, elektromos, maszkoló) működni fog, de én átlátszó és széles csomagolószalagot javaslok. Csak néhány centiméterre lesz szüksége

Alumínium fólia (mindössze 4x4 hüvelykre van szüksége)

Szoftver:

Arduino IDE (ingyenesen letölthető és használható, töltse le és telepítse:

Lépés: Szerelje össze a Velostat nyomásérzékelőt

Egyszerűbb, mint gondolnád.

1. Vágja méretre a velosztátját. Egy ollóval vágja le a velostat lapot a kívánt méretű érzékelőre. Ha ezt a protézist lábakhoz használja, állítsa sarok méretűvé. Ha kezére vagy ujjaira használja, állítsa be annak méretét, amelyet bármilyen bőrrel le szeretne fedni.

2. Vágja méretre az alufóliát. Vágjon két darab alumínium fóliát ugyanolyan méretűre, mint a velosztát darabja. A két darab alumíniumfólia közé beillesztjük a velosztát darabját. Az alumínium fólia vezető rétegként szolgál.

3. Szalag szilikon huzal. Dróteltávolítók segítségével távolítson el 3-4 hüvelyk szabad huzalt két szilikon huzalszegmensről. Mindegyik szilikonhuzalnak körülbelül 15-20 hüvelyk hosszúnak kell lennie (az esztétikai vonzerő érdekében legyen egyforma hosszúságú). Helyezze az egyes lecsupaszított huzalokat az alumínium fólia egyik oldalára. Az általános szendvicsrend mostantól: lecsupaszított huzal 1, alumínium fólia 1, velosztát, alumínium fólia 2, csupaszított huzal 2.

4. Ragassza össze a szalagnyomás -érzékelőt. Ragassza fel a komponens szendvicsét, és vágjon le minden további szalagot, hogy minden biztonságosan rögzüljön. Rendkívül fontos, hogy a velosztát tisztán válassza el a szendvics két oldalát (az alján lévő alumínium fólia / csupaszított huzal NEM érintkezhet a felső vezető felületek bármely részével).

5. Fonja be a drótot. Annak érdekében, hogy a vezetékek egyben maradjanak, és megakadályozzák, hogy a felhasználó mozgása közben megforduljanak, forgassa össze őket (minél többször tekerget, annál biztonságosabb lesz). Ez akkor is jó villamosmérnöki gyakorlat, ha hosszú vezetékek csoportjai mennek ugyanabból a kezdőpontból a végpontba.

2. lépés: Csatlakoztassa az alkatrészeket

Ideje csatlakoztatni minden egyes elektronikus alkatrészt. Összeforrasztottam az összes alkatrészemet, de lehetőség van kenyérsütő deszkára is (ebben az esetben továbbra is forrasztania kell a csapokat a mikrokontrollerre és a haptikus motor meghajtóra).

1. Forrasztásnyomás -érzékelő a mikrokontrollerhez: Csatlakoztassa az egyik fonott vezetéket a mikrokontroller analóg (A1) tűjéhez, és a maradék fonott vezetéket forrasztja a földelő (Gnd) csaphoz.

2. Forrasztó vibrációs motor a Haptic motor meghajtójához: Forrasztja vibrációs motorjának piros (pozitív) vezetékét a + csatlakozóhoz, és a kék (földelt) vezetéket a haptikus motor meghajtó - csatlakozójához.

3. Forrasztás Haptic motor meghajtó mikrokontrollerhez: Két nagyon rövid szilikon huzalszegmens segítségével forrasztja a haptikus motor meghajtójának alábbi csapjait a mikrokontrollerhez.

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

*A haptikus motorvezérlő egy I2C nevű kommunikációs rendszert használ, hogy "beszéljen" a mikrokontrollerrel. Ennek a kommunikációnak az SCL és SDA csapok az útvonalai.

4. Csatlakoztassa az akkumulátort: Csatlakoztassa a Li-Po akkumulátor fejét a mikrokontrollerhez. Ha az akkumulátora fel van töltve, akkor felvillanhat a mikrokontroller LED -je. Az élet első jelei!:)

3. lépés: Az elektronika programozása

Ha még nem töltötte le és nem telepítette az Arduino IDE -t, akkor itt az ideje. Szeretek szavakkal "álkódolni" a programomat, mielőtt nekilátok a kódolásnak, így már rájöttem, mit kell írnom C ++ nyelven.

A protézis szoftver kódja a következő:

A mikrokontrollerünk másodpercenként sokszor beolvassa az érzékelő által észlelt nyomásértéket, és ha a nyomásérték elég erős (más szóval, az érzékelő érintkezik a talajjal), akkor aktiváljuk a kívánt rezgésmintát. haptikus motorvezető. A mellékelt kód teljesíti ezt az alapfunkciót, de könnyen testreszabhatja motorját, hogy különböző mintázatú vagy erősségű rezgéseket biztosítson, a nyomásérzékelő által észlelt különböző értékek alapján (azaz könnyű érintkezés és erős érintkezés)

*Alapvető ismereteket feltételezek az Arduino IDE használatáról, a könyvtárak telepítéséről és a kód feltöltéséről a csatlakoztatott mikrovezérlőre. Ha teljesen új az Arduino -ban, használja ezeket az oktatóanyagokat a gyorsaság érdekében.

1. Töltse le és telepítse az Adafruit DRV fájlokat ugyanabba a mappába, amelyben az Arduino vázlata található.

2. Töltse le, töltse fel és futtassa a LevitateVelostatCode programot a mikrokontrollerén (ügyeljen arra, hogy a változókat megfelelően állítsa be a velosztat szenzor érzékenységének megfelelően. A CLIFF & CUTOFF értékeket az Arduino soros monitor megnyitásával és különböző tesztelésével kalibrálhatja. nyomáskorlátok, a szükséges használati esetre.

3. Gratulálok! Már van működő protetikai eszköze. A többi csak esztétika, és annak eldöntése, hogy hogyan szeretné rögzíteni a felhasználó testéhez.

4. lépés: Formafaktor + esztétika

Rajtad áll, hogy hol és hogyan szeretnéd a Moonwalk -t a felhasználó testéhez rögzíteni. Az eredetileg tervezett használati esetem a lábérintés észlelésére szolgált, így a nyomásérzékelő természetesen illeszkedik a felhasználó sarka alá.

Annak érdekében, hogy az elektronika szép és kompakt legyen, megterveztem és legyártottam egy háztartót (3D nyomtatással és szilikon formával, hogy rugalmas érintkezést biztosítson a bőrrel). Csatoltam a 3D fájlokat (. STL formában) ehhez az utasításhoz.

*A maximális rezgés érdekében fontos, hogy az LRA motor (amely úgy működik, hogy gyorsan rezgéseket generál egy z tengelyes rugóból) közvetlenül érintkezzen a bőrrel érintkező felületekkel (ellentétben az ERM-mel, ha egy LRA a levegőben lebeg, a bőr nem érez semmit). A tervezésem szempontjából a legésszerűbb, ha az elektronikát nanoszívó / gélpárnával (ezek könnyen megvásárolhatók az interneten, és kiválóan alkalmasak a bőrön való többszöri felhasználásra), orvosi szalaggal vagy ruhával rögzítik. Elméletileg a Moonwalk -ot a rugalmas / spandex ruházat alá is csúsztathatja, ha a lábán vagy a combján használják.

5. lépés: A kész protézis

Remélem, hogy a dizájnom valami hasznodra válik. Kérjük, bátran csípje, remixelje és fejlessze ezt az alaptervet - és ne legyen idegen! Velem lehet kapcsolatba lépni a honlapomon keresztül (www.akshaydinakar.com/home).