Moonwalk: haptiline tagasiside Protees: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Kirjeldus:

Moonwalk on survetundlik proteesiseade puutetundlikkuse halvenemisega inimestele (neuropaatialaadsed sümptomid). Moonwalki eesmärk oli aidata inimestel saada kasulikku haptilist tagasisidet, kui jalad maapinnaga kokku puutuvad, et nad saaksid parandada tasakaalu ja liikuvust.

Akshay Dinakar kujundas ja tegi avatud lähtekoodiga.

Rohkemate projektide ja loomingu nägemiseks külastage Akshay Dinakar Designi mittetulunduslikku disainistuudiot www.akshaydinakar.com/lab.

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

See proteesiseade kasutab velostaadi andurit (mis on kinnitatud meditsiinilise adhesiooni, nanoimemise või kangahülsiga mis tahes asjakohase kehaosa külge), et lugeda rõhuväärtusi sobiva mikrokontrolleri analoog -tihvtide kaudu. Kui rõhu väärtus jõuab teatud piirini, aktiveeritakse määratud haptiline signaal, hoiatades kasutajat, et nad on pinnaga kokku puutunud.

Minu kavatsus:

Selle projekti eesmärk on luua odava hinnaga proteesiseade, mis parandab iga inimese tuimust oma kehaosas. Mul on isiklik kogemus pereliikmetega, kes seda seisundit kogevad, ja tahtsin luua ligipääsetava lahenduse, mida teised piiratud insenerikogemusega inimesed saaksid ise kokku panna. Sümptomite ja elektrooniliste komponentide kättesaadavuse mitmekesisuse tõttu on keeruline luua seadet, mis töötab paljude kasutusjuhtumite jaoks. Siiski olen uhke, et vabastasin Moonwalki lahendusena, mida saab kasutada mis tahes jäsemel / kahjustatud kehaosas ja mis sobib kokku paljude vormiteguritega (olenevalt sellest, kumb on kasutajale kõige sobivam).

Esteetiliste kaalutluste ja professionaalse viimistluse huvides olen selle proteesi kokkupanemisel kasutanud täiustatud valmistamismeetodeid, sealhulgas jootmist, silikoonvormimist / valamist ja 3D-printimist. Kuid lihtsad leivalaud ja õmblusvõtted saavad ka töö tehtud.

Taust:

Ainuüksi USA -s kogeb peaaegu 20 miljonit inimest neuropaatiat, mis on diabeedi, vähi ja artriidi tavaline kõrvaltoime. Neuropaatiat iseloomustavad perifeersete närvikahjustuste tagajärjel tekkinud teravate kipitusvalude ja käte ja jalgade tuimus. Neuropaatia võib oluliselt piirata liikuvust, vähendades puutetundlikkust, kui jalad ja käed puutuvad kokku pindadega. Kuid haptiline tagasiside vibratsioonide kujul mõjutamata kehaosadele võib aidata inimestel tasakaalu taastada, sidudes tagasiside oma proprioceptiivse meelega.

Tarvikud

Riistvara:

Mikrokontroller (mõni järgmistest valikutest on fantastiline):

• Arduino Nano (väikseim füüsiline suurus, kuid laadimiseks on vaja täiendavaid elektroonilisi komponente)
• Adafruit Flora (kulumiskindlate seadmete valik-tasane vorm ja sisseehitatud laadimine)
• Adafruit Feather (sellel on palju lisafunktsioone, mida me ei vaja, kuid väga kompaktne vorm ja sisseehitatud laadimine). Selle õpetuse jaoks kasutan seda mikrokontrollerit. Featheril on erinevaid versioone kui BLE, WiFi või raadio kiibid - kõik toimivad.

Vibratsioonimootor:

LRA vibratsioonimootor (suudab pakkuda palju rohkem kohandatavat vibratsioonitunnetust kui tüüpiline ERM vibratsioonimootor). Kõik vibratsioonimootorid alla 3 V töötavad, kuid LRA on tugevaim vibratsiooniväljund (me kasutame lihtsustatud vooluringi, et muuta meie disain kompaktseks [annab vibratsioonimootorile toite otse mikrokontrollerist) ja enamikul mikrokontrolleritel on voolu piirangud, mis nõrgendavad vibratsiooni tugevus)

Haptic Motor Driver (liidesed mikrokontrolleri ja vibratsioonimootori vahel):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, tootja Texas Instruments ja levitaja Adafruit)

Li -Po aku (kuskil 100–350 mAh peaks olema palju):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silikoontraat:

22 AWG silikoontraat (silikoon tagab traadi paindlikkuse ja vastupidavuse suurepärase tasakaalu ning on õige läbimõõduga)

Materjal Velostat

Velostat on survetundlik pind, mis muudab pigistamisel või kokkusurumisel vastupanu

Lint

Igasugune teip (kanal, skotti, elektriline, maskeerimine) sobib, kuid soovitan läbipaistvat ja laia pakenditeipi. Teil on vaja ainult paar tolli

Alumiiniumfoolium (vajate ainult umbes 4x4 tolli)

Tarkvara:

Arduino IDE (tasuta allalaadimiseks ja kasutamiseks, hankige see siit ja installige:

Samm: pange kokku Velostati rõhuandur

See on lihtsam kui arvate.

1. Lõika velostaat parajaks. Kasutage kääride abil oma velostaadi lehte vajaliku suurusega anduriks. Kui kasutate seda proteesi jalgadele, muutke see kanna suuruseks. Kui kasutate seda käte või sõrmede jaoks, muutke see selle naha mõõtmeteks, mida soovite katta.

2. Lõika alumiiniumfoolium parajaks. Lõika kaks alumiiniumfooliumi tükki samade mõõtmetega nagu velostaadi tükk. Pange velostati tükk kahe alumiiniumfooliumi vahele. Alumiiniumfoolium toimib juhtiva kihina.

3. Riba silikoontraat. Eemaldage traadieemaldajate abil kahest silikoontraadisegmendist 3-4 tolli avatud traat. Iga silikoontraat peaks olema umbes 15-20 tolli pikk (esteetilise välimuse huvides tehke mõlemad sama pikkuseks). Asetage iga kooritud traat alumiiniumfooliumi küljele. Üldine võileivatellimus on nüüd: eemaldatud traat 1, alumiiniumfoolium 1, velostaat, alumiiniumfoolium 2, eemaldatud traat 2.

4. Lindi rõhuandur kokku. Kleepige oma komponendi võileib üle ja lõigake ära teibi lisatükid, nii et kõik oleks kindlalt kokku kinnitatud. On äärmiselt oluline, et velostaat eraldaks võileiva kahte külge puhtalt (alumiiniumfoolium / kooritud traat põhjas EI TOHI kokku puutuda ülemiste juhtivate pindade ühegi osaga).

5. Põimige traat. Et hoida juhtmeid koos ja vältida nende liikumist kasutaja liikumise ajal, ärge keerake neid kokku (mida rohkem kordi keerutate, seda kindlamad need on). See on ka hea elektrotehnika tava, kui teil on pikkade juhtmete rühmad samast algusest lõpuni.

Samm: ühendage komponendid

Aeg ühendada kõik oma elektroonilised osad. Ma jootsin kõik oma komponendid kokku, kuid on võimalik kasutada ka leivaplaati (sellisel juhul peate ikkagi jootma tihvtid oma mikrokontrolleri ja haptilise mootori draiveri külge).

1. Jootejoone rõhuandur mikrokontrolleri külge: ühendage üks oma põimitud juhtmest mikrokontrolleri analoog (A1) tihvtiga ja jootke ülejäänud põimitud traat maandusnõela külge.

2. Jootevibratsioonimootor haptilise mootori draiverile: jootke vibratsioonimootori punane (positiivne) juhe + klemmiga ja sinine (maandusjuhe) haptilise mootori juhi klemmiga.

3. Jootke Haptic mootorijuht mikrokontrollerile: Kasutage kahte väga lühikest silikoontraadisegmenti ja jootke haptilise mootori draiveri järgmised tihvtid mikrokontrolleri külge.

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

*Haptilise mootori draiver kasutab mikrokontrolleriga "rääkimiseks" I2C -tüüpi kommunikatsioonisüsteemi. SCL ja SDA tihvtid on selle suhtluse võimalused.

4. Ühendage aku: ühendage Li-Po aku päis mikrokontrolleriga. Kui teie aku on laetud, võib see süttida mikrokontrolleril. Esimesed elumärgid!:)

Samm: elektroonika programmeerimine

Kui te pole Arduino IDE -d veel alla laadinud ja installinud, on nüüd õige aeg. Mulle meeldib enne kodeerimise alustamist oma programmi sõnadega "pseudokodeerida", nii et olen juba aru saanud, mida ma pean C ++ keeles kirjutama.

Meie proteesitarkvara kood teeb järgmist.

Meie mikrokontroller loeb mitu korda sekundis sisse anduri tuvastatava rõhu väärtuse ja kui rõhuväärtus on piisavalt tugev (teisisõnu, andur on maapinnaga kontaktis), aktiveerime vibratsioonimustri. haptilise mootori juht. Lisatud kood täidab selle baasfunktsiooni, kuid mootorit on lihtne kohandada, et see annaks erineva mustri või tugevusega vibratsiooni, lähtudes rõhuanduri tuvastatud väärtustest (st kerge kontakt vs tugev kontakt)

*Eeldan põhiteadmisi Arduino IDE kasutamise, raamatukogude installimise ja ühendatud mikrokontrollerile koodi üleslaadimise kohta. Kui olete Arduino jaoks täiesti uus, kasutage kiirustamiseks neid õpetusi.

1. Laadige alla ja installige Adafruit DRV -failid samasse kausta, kus on teie Arduino visand.

2. Laadige alla, laadige üles ja käivitage oma mikrokontrolleril programm LevitateVelostatCode (seadistage kindlasti muutujad vastavalt oma velostaat -sensori tundlikkusele. CLIFF & CUTOFF väärtusi saate kalibreerida, avades Arduino jadamonitori ja katsetades erinevaid rõhupiirid, vajadusel kasutamiseks.

3. Palju õnne! Teil on juba toimiv proteesiseade. Ülejäänud on esteetika ja selle otsustamine, kuidas soovite selle kasutaja keha külge kinnitada.

4. samm: vormitegur + esteetika

Kuhu ja kuidas soovite Moonwalki kasutaja keha külge kinnitada, on teie otsustada. Minu algselt kavandatud kasutusjuhend oli mõeldud jalakontakti tuvastamiseks, nii et rõhuandur sobis loomulikult kasutaja kanna alla.

Et elektroonika oleks kena ja kompaktne, kujundasin ja valmistasin korpuse konteineri (3D-prinditud ja silikoonvormitud, et võimaldada paindlikku kokkupuudet nahaga). Olen lisanud 3D -failid (. STL -vormingus) sellele juhendile.

*Maksimaalse vibratsiooni saavutamiseks on oluline, et LRA mootor (mis toimib z-telje vedrust kiiresti vibratsiooni tekitades) oleks otseses kontaktis nahka puudutavate pindadega (erinevalt ERM-ist, kui LRA hõljub õhus, nahk ei tunne midagi). Minu disaini jaoks on kõige mõistlikum elektroonika kinnitada nanoimamis- / geelipadja abil (neid saab hõlpsasti veebist osta ja sobivad suurepäraselt mitmeks kasutamiseks nahal), meditsiinilise teibi või riidest varruka abil. Teoreetiliselt võite Moonwalki libistada ka elastse / spandex -riietuse alla, kui seda kasutatakse säärel või reitel.

Samm: valmis proteesimine

Loodan, et minu disain on teile kasulik. Palun vabalt seda baaskujundust näpistama, remixima ja täiustama - ja ärge olge võõrad! Minuga saab ühendust võtta oma veebisaidi kaudu (www.akshaydinakar.com/home).