Moonwalk: isang Haptic Feedback Prosthetic: 5 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Paglalarawan:

Ang Moonwalk ay isang aparato na prostetik na sensitibo sa presyon para sa mga indibidwal na may kapansanan sa pandamdam na pandamdam (mga sintomas na tulad ng neuropathy). Ang Moonwalk ay idinisenyo upang matulungan ang mga indibidwal na makatanggap ng kapaki-pakinabang na feedback ng haptic kapag ang kanilang mga paa ay nakikipag-ugnay sa lupa, upang mapabuti nila ang balanse + kadaliang kumilos.

Dinisenyo at ginawang open-source ni Akshay Dinakar.

Upang makakita ng higit pang mga proyekto at nilikha, bisitahin ang www.akshaydinakar.com/lab, ang non-profit na disenyo ng studio ng Akshay Dinakar Design.

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

Ang aparatong prostetik na ito ay gumagamit ng isang velostat sensor (naka-attach sa pamamagitan ng medikal na pagdirikit, nanosuction, o tela ng manggas sa anumang nauugnay na bahagi ng katawan) upang mabasa sa mga halaga ng presyon sa pamamagitan ng mga analog na pin sa isang naaangkop na microcontroller. Kapag naabot ng halaga ng presyon ang isang tiyak na limitasyon, ang isang tinukoy na haptic signal ay naaktibo, na binabalaan ang gumagamit na nakipag-ugnay sila sa isang ibabaw.

Ang Aking Hangarin:

Ang layunin ng proyektong ito ay upang lumikha ng isang murang aparato na prosthetic upang mapahusay ang kalayaan + kadaliang kumilos ng sinumang indibidwal na may pamamanhid sa isang bahagi ng kanilang katawan. Mayroon akong personal na karanasan sa mga miyembro ng pamilya na nakakaranas ng kundisyong ito, at nais na lumikha ng isang madaling ma-access na solusyon na maaaring magtipun-tipon ang iba na may limitadong karanasan sa engineering. Dahil sa pag-iisa ng mga sintomas at pagkakaiba-iba sa kakayahang magamit ng elektronikong sangkap, hamon na lumikha ng isang aparato na gumagana para sa isang saklaw ng mga kaso ng paggamit. Gayunpaman, Ipinagmamalaki kong palabasin ang Moonwalk bilang isang solusyon na maaaring magamit sa anumang paa / apektadong bahagi ng katawan, na katugma sa isang hanay ng mga kadahilanan sa form (alinman ang pinakaangkop para sa gumagamit).

Para sa mga pagsasaalang-alang sa aesthetic at propesyonal na tapusin, gumamit ako ng mga advanced na diskarte sa katha kabilang ang paghihinang, paghuhulma / paghagis ng silicone, at pag-print sa 3D upang tipunin ang prostetik na ito. Gayunpaman, ang simpleng diskarte sa breadboarding at pananahi ay nakatapos din ng trabaho.

Background:

Halos 20 milyong indibidwal sa Estados Unidos lamang ang nakakaranas ng neuropathy, isang pangkaraniwang epekto ng diabetes, cancer, at arthritis. Ang neuropathy ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang halo ng matalim na sakit na pangingit at pamamanhid sa mga kamay at paa ng mga indibidwal, bilang isang resulta ng pinsala sa paligid ng nerbiyo. Maaaring malimit na limitahan ng neuropathy ang kadaliang kumilos sa pamamagitan ng pagbawas ng mga sensasyon ng paghawak kapag ang mga paa at kamay ay nakikipag-ugnay sa mga ibabaw. Gayunpaman, ang haptic feedback sa anyo ng mga panginginig sa hindi apektadong mga bahagi ng katawan ay maaaring makatulong sa mga indibidwal na mabawi ang balanse sa pamamagitan ng pag-link ng feedback sa kanilang proprioceptive sense.

Mga gamit

Hardware:

Microcontroller (alinman sa mga pagpipilian sa ibaba ay hindi kapani-paniwala):

• Arduino Nano (pinakamaliit na laki ng pisikal, ngunit mangangailangan ng labis na mga elektronikong sangkap para sa pagsingil)
• Adafruit Flora (pagpipilian para sa mga naisusuot - flat form factor at may built-in na pagsingil)
• Adafruit Feather (mayroong maraming mga karagdagang tampok na hindi namin kailangan, ngunit isang napaka-compact form at built-in na pagsingil). Gagamitin ko ang microcontroller na ito para sa tutorial na ito. Mayroong iba't ibang mga bersyon ng Feather kaysa isama ang BLE, WiFi, o mga chip ng Radio - ang anumang gagana.

Vibration Motor:

LRA vibration motor (may kakayahang magbigay ng mas napapasadyang panginginig ng boses kaysa sa karaniwang motor na panginginig ng ERM). Ang anumang motor na panginginig ng boses sa ilalim ng 3V ay gagana, ngunit ang isang LRA ang magiging pinakamalakas na output ng panginginig (gumagamit kami ng isang pinasimple na circuit upang gawing compact ang aming disenyo [na pinapagana ang motor na panginginig nang direkta mula sa microcontroller), at ang karamihan sa mga microcontroller ay may kasalukuyang mga limitasyon na nagpapahina ng panginginig lakas)

Haptic Motor Driver (mga interface sa pagitan ng microcontroller at ang vibration motor):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, na gawa ng Texas Instruments at ipinamahagi ng Adafruit)

Ang Li-Po Battery (sa isang lugar sa 100 - 350 mAh saklaw ay dapat na maraming):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silicone Wire:

22 AWG Silicone Wire (ang silicone ay nagbibigay ng isang mahusay na balanse ng kakayahang umangkop at tibay para sa kawad, at ang tamang diameter)

Materyal ng Velostat

Ang Velostat ay isang presyon na sensitibo sa presyon na nagbabago ng paglaban kapag piniga o na-compress

Tape

Ang anumang uri ng tape (maliit na tubo, Scotch, elektrikal, masking) ay gagana, ngunit inirerekumenda ko ang isang transparent at malawak na packaging tape. Kakailanganin mo lamang ng ilang pulgada

Aluminium Foil (Kailangan mo lamang ang tungkol sa 4x4 pulgada)

Software:

Arduino IDE (Libre upang i-download at gamitin, makuha ito at i-install:

Hakbang 1: Ipunin ang Iyong Velostat Pressure Sensor

Mas simple ito kaysa sa iniisip mo.

1. Gupitin ang iyong velostat sa laki. Gumamit ng isang pares ng gunting upang i-trim ang iyong velostat sheet sa anumang laki ng sensor na kailangan mo. Kung ginagamit mo ang prostetik na ito para sa mga paa, gawin itong kasing laki ng isang sakong. Kung ginagamit mo ito para sa mga kamay o daliri, gawin itong sukat ng anumang balat na nais mong takpan.

2. Gupitin ang laki ng aluminyo palara. Gupitin ang dalawang piraso ng aluminyo palara sa parehong sukat tulad ng piraso ng velostat. Sandwich ang piraso ng velostat sa pagitan ng dalawang piraso ng aluminyo foil. Ang aluminyo foil ay nagsisilbing isang conductive layer.

3. Hukasan ang wire ng silicone. Gamit ang mga wire striper, hubarin ang 3-4 pulgada ng nakalantad na kawad ng dalawang mga segment ng silicone wire. Ang bawat wire na silikon ay dapat na mga 15-20 pulgada ang haba (gawin silang pareho sa parehong haba para sa apela ng aesthetic). Ilagay ang bawat hinubad na kawad sa isang gilid ng aluminyo foil. Ang pangkalahatang order ng sandwich ay ngayon: Nakuha ang wire 1, aluminyo foil 1, velostat, aluminyo foil 2, hinubad na wire 2.

4. Tape pressure sensor magkasama. I-tape ang iyong sangkap na sandwich at i-cut ang anumang labis na piraso ng tape, tulad na ang lahat ay ligtas na nakakabit. Napakahalaga na ang velostat ay malinis na pinaghihiwalay ang dalawang panig ng sandwich (ang aluminyo foil / stripped wire sa ilalim ay HINDI dapat makipag-ugnay sa anumang bahagi ng nangungunang conductive ibabaw).

5. Itrintas ang kawad. Upang mapanatili ang mga wire nang sama-sama at pigilan ang mga ito mula sa pag-flop sa paggalaw ng gumagamit, paikutin ang mga ito nang magkasama (mas maraming beses na umikot ka, mas ligtas sila). Ito rin ay mahusay na kasanayan sa electrical engineering kapag mayroon kang mga pangkat ng mahabang wires na pupunta mula sa parehong pagsisimula hanggang sa pagtatapos ng point.

Hakbang 2: Ikonekta ang Iyong Mga Bahagi

Oras upang ikonekta ang lahat ng iyong mga indibidwal na elektronikong bahagi. Pinagsama ko ang lahat ng aking mga sangkap, ngunit posible ring gumamit ng isang breadboard (sa kasong iyon, kakailanganin mo pa ring maghinang ng mga pin sa iyong microcontroller at haptic motor driver).

1. Sensor ng Presyon ng Solder sa Microcontroller: Ikonekta ang isa sa iyong mga tinirintas na mga wire sa isang Analog (A1) na pin ng iyong microcontroller, at solder ang natitirang tinirintas na kawad sa pin ng Ground (Gnd).

2. Solder Vibration Motor sa Haptic Motor Driver: Maghinang ng pula (positibo) na kawad ng iyong panginginig na motor sa + terminal, at ang asul (ground) na kawad sa - terminal ng haptic motor driver.

3. Solder Haptic Motor Driver sa Microcontroller: Paggamit ng dalawang napakaliit na mga segment ng silicone wire, solder ang mga sumusunod na pin sa haptic motor driver sa microcontroller.

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

* Ang haptic motor driver ay gumagamit ng isang uri ng sistema ng komunikasyon na tinatawag na I2C upang "makipag-usap" sa microcontroller. Ang mga pin ng SCL at SDA ang mga landas para maganap ang komunikasyon na ito.

4. Ikonekta ang Baterya: Isaksak ang header ng baterya ng Li-Po sa microcontroller. Kung ang iyong baterya ay may singil, maaari itong mag-ilaw ng isang LED sa microcontroller. Mga unang palatandaan ng buhay!:)

Hakbang 3: Programming ang Iyong Elektronika

Kung hindi mo pa nai-download at na-install ang Arduino IDE, oras na ngayon. Gusto kong "pseudocode" ang aking programa sa mga salita bago ko simulan ang pag-coding, upang naisip ko kung ano ang kailangan kong isulat sa C ++.

Narito kung ano ang ginagawa ng aming prosthetic software code:

Maraming beses bawat segundo, ang aming microcontroller ay nagbabasa sa presyon ng halaga na nakikita ng sensor, at kung ang halaga ng presyon ay sapat na malakas (sa madaling salita, ang sensor ay nakikipag-ugnay sa lupa), pinapagana namin ang anumang pattern ng panginginig ng boses na nais namin mula sa driver ng haptic motor. Natutupad ng nakalakip na code ang pag-andar na ito ng batayan, ngunit madaling ipasadya ang iyong motor upang makapagbigay ng mga panginginig ng iba't ibang mga pattern o lakas, batay sa iba't ibang mga halaga na nakita ng pressure sensor (ibig sabihin, light contact vs. malakas na contact)

* Ipinapalagay ko ang isang pangunahing kaalaman sa paggamit ng Arduino IDE, pag-install ng mga aklatan at pag-upload ng code sa isang konektadong micro-controller. Kung ganap kang bago sa Arduino, gamitin ang mga tutorial na ito upang makakuha ng bilis.

1. I-download at i-install ang mga file ng Adafruit DRV sa parehong folder na nasa loob ng iyong Arduino sketch.

2. I-download, i-upload, at patakbuhin ang programa ng LevitateVelostatCode sa iyong microcontroller (tiyaking itakda ang mga variable nang naaangkop batay sa pagiging sensitibo ng iyong velostat sensor. Maaari mong i-calibrate ang mga halaga ng CLIFF & CUTOFF sa pamamagitan ng pagbubukas ng Arduino Serial Monitor at pagsubok sa iba't ibang mga limitasyon sa presyon, para sa kaso ng paggamit na kailangan mo.

3. Congrats! Mayroon ka nang gumaganang aparatong prosthetic. Ang natitira ay ang lahat ng mga aesthetics at pagpapasya kung paano mo nais na ilakip ito sa katawan ng gumagamit.

Hakbang 4: Form Factor + Aesthetics

Nasa sa iyo kung saan at kung paano mo nais na ikabit ng Moonwalk sa katawan ng gumagamit. Ang aking orihinal na naisip na kaso ng paggamit ay para sa pagtuklas ng paa sa contact, kaya't ang sensor ng presyon ay natural na magkasya sa ilalim ng takong ng gumagamit.

Upang mapanatili ang electronics na maganda at siksik, nag-disenyo ako at gumawa ng isang lalagyan ng pabahay (naka-print at naka-print na silicone na 3D, upang payagan ang kakayahang umangkop sa balat). Inilakip ko ang mga 3D file (sa form na. STL) sa Instructable na ito.

* Para sa maximum na panginginig ng boses, mahalaga na ang LRA motor (na gumagalaw sa pamamagitan ng mabilis na pagbuo ng mga pag-vibrate mula sa isang z-axis spring) ay direktang nakikipag-ugnay sa mga ibabaw na pumindot sa balat (hindi tulad ng isang ERM, kung ang isang LRA ay lumulutang sa midair, ang iyong walang maramdaman ang balat). Para sa aking disenyo, makatuwiran na ilakip ang mga electronics sa pamamagitan ng isang nanosuction / gel pad (madali itong mabibili sa online at mahusay para sa maraming gamit sa balat), medikal na tape, o isang telang manggas. Sa teorya, maaari mo ring i-slip ang Moonwalk sa ilalim ng nababanat / spandex na damit, kung ginagamit ito sa binti o hita.

Hakbang 5: Ang Tapos na Prosthetic

Inaasahan kong ang aking disenyo ay nagsisilbi ng ilang utility para sa iyo. Mangyaring huwag mag-atubiling mag-tweak, mag-remix, at pagbutihin ang disenyo ng batayang ito - at huwag maging isang estranghero! Maaari akong makipag-ugnay sa pamamagitan ng aking website (www.akshaydinakar.com/home).