Moonwalk: Prostetik Maklum Balas Haptik: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Penerangan:

Moonwalk adalah alat prostetik yang sensitif terhadap tekanan untuk individu yang mengalami gangguan sensasi taktil (gejala seperti neuropati). Moonwalk dirancang untuk membantu individu menerima maklum balas haptik yang berguna ketika kaki mereka bersentuhan dengan tanah, sehingga mereka dapat meningkatkan keseimbangan + mobiliti.

Direka & dibuat sumber terbuka oleh Akshay Dinakar.

Untuk melihat lebih banyak projek & ciptaan, lawati www.akshaydinakar.com/lab, studio reka bentuk bukan untung Akshay Dinakar Design.

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

Peranti prostetik ini menggunakan sensor velostat (dilampirkan melalui lekatan perubatan, nanosuction, atau sarung kain ke bahagian badan yang relevan) untuk membaca nilai tekanan melalui pin analog pada mikrokontroler yang sesuai. Setelah nilai tekanan mencapai had tertentu, isyarat haptik tertentu diaktifkan, memberi amaran kepada pengguna bahawa mereka telah bersentuhan dengan permukaan.

Niat Saya:

Tujuan projek ini adalah untuk membuat alat prostetik kos rendah untuk meningkatkan kebebasan + pergerakan mana-mana individu dengan kebas di bahagian badan mereka. Saya mempunyai pengalaman peribadi dengan ahli keluarga yang mengalami keadaan ini, dan ingin membuat penyelesaian yang boleh diakses oleh orang lain yang mempunyai pengalaman kejuruteraan yang terhad. Oleh kerana individualisasi gejala dan kepelbagaian dalam ketersediaan komponen elektronik, adalah sukar untuk membuat peranti yang berfungsi untuk pelbagai kes penggunaan. Walau bagaimanapun, saya dengan bangga melepaskan Moonwalk sebagai penyelesaian yang boleh digunakan pada mana-mana anggota badan / bahagian tubuh yang terjejas, sesuai dengan pelbagai faktor bentuk (mana yang paling sesuai untuk pengguna).

Untuk pertimbangan estetik dan kemasan profesional, saya telah menggunakan teknik fabrikasi canggih termasuk pematerian, pencetakan / pemutus silikon, dan pencetakan 3D untuk memasang prostetik ini. Walau bagaimanapun, teknik papan roti dan jahitan yang sederhana juga dapat menyelesaikannya.

Latar belakang:

Hampir 20 juta individu di A. S. sendiri mengalami neuropati, kesan sampingan diabetes, barah & artritis. Neuropati dicirikan oleh campuran rasa sakit kesemutan dan kebas pada tangan dan kaki individu, akibat kerosakan saraf periferi. Neuropati dapat sangat membatasi pergerakan dengan mengurangkan sensasi sentuhan ketika kaki dan tangan bersentuhan dengan permukaan. Walau bagaimanapun, maklum balas haptik dalam bentuk getaran pada bahagian badan yang tidak terjejas dapat membantu individu mendapatkan kembali keseimbangan dengan mengaitkan maklum balas dengan rasa proprioceptif mereka.

Bekalan

Perkakasan:

Pengawal mikro (mana-mana pilihan di bawah ini hebat):

• Arduino Nano (saiz fizikal terkecil, tetapi memerlukan komponen elektronik tambahan untuk mengecas)
• Adafruit Flora (pilihan masuk untuk alat pakai - faktor bentuk rata dan pengecasan terbina dalam)
• Adafruit Feather (mempunyai banyak ciri tambahan yang tidak kita perlukan, tetapi bentuk yang sangat padat & pengisian terbina dalam). Saya akan menggunakan mikrokontroler ini untuk tutorial ini. Terdapat pelbagai versi Feather daripada termasuk BLE, WiFi, atau cip Radio - semuanya akan berfungsi.

Motor Getaran:

Motor getaran LRA (mampu memberikan sensasi getaran yang jauh lebih disesuaikan daripada motor getaran ERM biasa). Mana-mana motor getaran di bawah 3V akan berfungsi, tetapi LRA akan menjadi output getaran terkuat (kami menggunakan litar yang dipermudah untuk menjadikan reka bentuk kami padat [menggerakkan motor getaran terus dari mikrokontroler), dan kebanyakan mikrokontroler mempunyai batasan semasa yang melemahkan getaran. kekuatan)

Pemacu Motor Haptic (antara muka antara mikrokontroler dan motor getaran):

Pemandu Motor Haptic (DRV2605L, dihasilkan oleh Texas Instruments dan diedarkan oleh Adafruit)

Bateri Li-Po (di suatu tempat dalam julat 100 - 350 mAh semestinya banyak):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Kawat Silikon:

22 AWG Silicone Wire (silikon memberikan keseimbangan fleksibiliti dan ketahanan yang baik untuk wayar, dan diameternya betul)

Bahan Velostat

Velostat adalah permukaan sensitif terhadap tekanan yang mengubah rintangan ketika diperah atau dimampatkan

Pita

Sebarang jenis pita (saluran, Scotch, elektrik, pelindung) akan berfungsi, tetapi saya mengesyorkan pita pembungkusan yang telus & lebar. Anda hanya memerlukan beberapa inci

Aluminium Foil (Anda hanya memerlukan sekitar 4x4 inci)

Perisian:

Arduino IDE (Percuma untuk memuat turun & menggunakan, dapatkan di sini & pasang:

Langkah 1: Pasang Sensor Tekanan Velostat Anda

Ia lebih sederhana daripada yang anda fikirkan.

1. Potong velostat anda mengikut ukuran. Gunakan sepasang gunting untuk memotong kepingan velostat anda ke sensor ukuran apa sahaja yang anda perlukan. Sekiranya anda menggunakan prostetik ini untuk kaki, buat ukuran tumit. Sekiranya anda menggunakannya untuk tangan atau jari, jadikan ia dimensi dari kulit apa sahaja yang anda mahu tutupi.

2. Potong kerajang aluminium mengikut ukuran. Potong dua kepingan aluminium foil ke dimensi yang sama dengan potongan velostat. Sandwic sekeping velostat di antara dua kepingan aluminium foil. Kerajang aluminium berfungsi sebagai lapisan konduktif.

3. Jalur wayar silikon. Dengan menggunakan pelucut wayar, lepaskan wayar terdedah 3-4 inci dari dua segmen dawai silikon. Setiap wayar silikon hendaklah panjangnya sekitar 15-20 inci (menjadikan keduanya sama panjang untuk daya tarikan estetik). Letakkan setiap wayar yang dilucutkan di sisi aluminium foil. Keseluruhan pesanan sandwic adalah: wayar dilucutkan 1, aluminium foil 1, velostat, aluminium foil 2, stripped wire 2.

4. Sensor tekanan pita bersama. Ketik sandwic komponen anda dan potong sedikit pita tambahan, sehingga semuanya terpasang dengan selamat. Adalah sangat penting bahawa velostat memisahkan dua sisi sandwic dengan bersih (aluminium foil / wayar yang dilucutkan di bahagian bawah TIDAK harus bersentuhan dengan mana-mana bahagian permukaan konduktif atas).

5. Jalinan wayar. Untuk memastikan wayar tetap bersama dan mengelakkannya terkeluar semasa pergerakan pengguna, putar bersama-sama (semakin banyak kali anda berpusing, semakin selamat mereka). Ini juga merupakan amalan kejuruteraan elektrik yang baik apabila anda mempunyai kumpulan wayar panjang yang bermula dari titik permulaan yang sama.

Langkah 2: Sambungkan Komponen Anda

Masa untuk menyambungkan semua bahagian elektronik anda. Saya menyolder semua komponen saya bersama-sama, tetapi juga mungkin menggunakan papan serbuk roti (dalam kes itu, anda masih perlu menyolatkan pin ke mikrokontroler dan pemandu motor haptik anda).

1. Sensor Tekanan Solder ke Mikrokontroler: Sambungkan salah satu kabel jalinan anda ke pin Analog (A1) mikrokontroler anda, dan pateri wayar jalinan yang tersisa ke pin Ground (Gnd).

2. Motor Getaran Pateri ke Pemacu Motor Haptik: Pateri wayar merah (positif) motor getaran anda ke terminal +, dan wayar biru (tanah) ke - terminal pemandu motor haptik.

3. Pemacu Motor Solder Haptic ke Mikrokontroler: Dengan menggunakan dua segmen dawai silikon yang sangat pendek, pateri pin berikut pada pemacu motor haptik ke mikrokontroler.

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

* Pemacu motor haptik menggunakan sejenis sistem komunikasi yang dipanggil I2C untuk "bercakap" dengan mikrokontroler. Pin SCL dan SDA adalah jalan untuk komunikasi ini berlaku.

4. Sambungkan Bateri: Pasangkan header bateri Li-Po ke mikrokontroler. Sekiranya bateri anda mempunyai cas, bateri mungkin menyala LED pada mikrokontroler. Tanda-tanda kehidupan yang pertama!:)

Langkah 3: Memprogram Elektronik Anda

Sekiranya anda belum memuat turun dan memasang Arduino IDE, inilah masanya. Saya suka "pseudocode" program saya dengan kata-kata sebelum saya memulakan pengekodan, sehingga saya sudah mengetahui apa yang perlu saya tulis dalam C ++.

Inilah yang dilakukan oleh kod perisian prostetik kami:

Berkali-kali sesaat, mikrokontroler kami membaca nilai tekanan yang dikesan oleh sensor, dan jika nilai tekanan cukup kuat (dengan kata lain, sensor bersentuhan dengan tanah), kami mengaktifkan corak getaran apa pun yang kami mahukan dari pemandu motor haptik. Kod yang dilampirkan mencapai fungsi asas ini, tetapi mudah untuk menyesuaikan motor anda untuk memberikan getaran pelbagai corak atau kekuatan, berdasarkan nilai yang berbeza yang dikesan oleh sensor tekanan (iaitu sentuhan cahaya vs hubungan kuat)

* Saya mengandaikan pengetahuan asas menggunakan Arduino IDE, memasang perpustakaan dan memuat naik kod ke pengawal mikro yang disambungkan. Sekiranya anda benar-benar baru mengenal Arduino, gunakan tutorial ini untuk mencapai kelajuan.

1. Muat turun dan pasang fail DRV Adafruit dalam folder yang sama dengan lakaran Arduino anda.

2. Muat turun, muat naik, dan jalankan program LevitateVelostatCode pada mikrokontroler anda (pastikan untuk menetapkan pemboleh ubah dengan tepat berdasarkan kepekaan sensor velostat anda. Anda boleh menentukur nilai CLIFF & CUTOFF dengan membuka Arduino Serial Monitor dan menguji yang berbeza had tekanan, untuk kes penggunaan yang anda perlukan.

3. Tahniah! Anda sudah mempunyai alat prostetik yang berfungsi. Selebihnya adalah semua estetika & memutuskan bagaimana anda mahu memasangkannya ke badan pengguna.

Langkah 4: Faktor Bentuk + Estetika

Terserah anda di mana dan bagaimana anda mahu Moonwalk melekat pada badan pengguna. Kes penggunaan saya yang awalnya dibayangkan adalah untuk pengesanan hubungan kaki, jadi sensor tekanan secara semula jadi sesuai di bawah tumit pengguna.

Untuk memastikan elektronik tetap baik dan padat, saya merancang dan membuat bekas perumahan (dicetak 3D dan dicetak silikon, untuk membolehkan sentuhan kulit yang fleksibel). Saya telah melampirkan fail 3D (dalam bentuk. STL) pada Instructable ini.

* Untuk getaran maksimum, adalah penting bahawa motor LRA (yang berfungsi dengan cepat menghasilkan getaran dari pegas paksi-z) bersentuhan langsung dengan permukaan yang menyentuh kulit (tidak seperti ERM, jika LRA melayang di udara, anda kulit tidak akan terasa apa-apa). Untuk rekaan saya, adalah lebih masuk akal untuk memasang elektronik melalui nanosuction / gel pad (ini boleh dibeli dengan mudah dalam talian dan sesuai untuk pelbagai kegunaan pada kulit), pita perubatan, atau sarung kain. Secara teori, anda juga boleh menyelinap Moonwalk di bawah pakaian elastik / spandeks, jika digunakan pada kaki atau paha.

Langkah 5: Prostetik yang Selesai

Saya harap reka bentuk saya berfungsi untuk anda. Jangan ragu untuk mengubah, menyusun semula, dan memperbaiki reka bentuk asas ini - dan jangan menjadi orang asing! Saya boleh dihubungi melalui laman web saya (www.akshaydinakar.com/home).