Moonwalk: a Haptic Feedback Prosthetic: 5 Step

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

شرح:

Moonwalk یک وسیله مصنوعی حساس به فشار برای افراد مبتلا به اختلال حس لامسه (علائم شبیه نوروپاتی) است. Moonwalk برای کمک به افراد در هنگام تماس پاهای خود با زمین طراحی شده است تا بتوانند تعادل + تحرک را بهبود بخشند.

طراحی و ساخته منبع باز اکشی دیناکار.

برای مشاهده پروژه ها و خلاقیت های بیشتر ، به www.akshaydinakar.com/lab ، استودیوی طراحی غیر انتفاعی Akshay Dinakar Design مراجعه کنید.

فیس بوک: www.facebook.com/akshaydinakar | اینستاگرام:AkshayDinakarDesign

این دستگاه مصنوعی با استفاده از سنسور ولوستات (از طریق چسبندگی پزشکی ، نانوساکشن یا آستین پارچه ای به هر قسمت مربوط به بدن متصل می شود) برای اندازه گیری فشار از طریق پین های آنالوگ روی میکروکنترلر مناسب استفاده می کند. هنگامی که مقدار فشار به حد معینی برسد ، یک سیگنال هپتیک مشخص فعال می شود و به کاربر هشدار می دهد که با سطحی تماس گرفته است.

قصد من:

هدف این پروژه ایجاد یک وسیله مصنوعی ارزان قیمت برای افزایش استقلال + تحرک هر فرد با بی حسی در قسمتی از بدن است. من تجربه شخصی با اعضای خانواده دارم که این شرایط را تجربه می کنند و می خواستم یک راه حل قابل دسترس ایجاد کنم که دیگران با تجربه مهندسی محدود بتوانند به تنهایی آن را جمع آوری کنند. با توجه به شخصی شدن علائم و تنوع در دسترس بودن قطعات الکترونیکی ، ایجاد دستگاهی که برای طیف وسیعی از موارد کار می کند ، چالش برانگیز است. با این حال ، من مفتخرم که Moonwalk را به عنوان راه حلی که می تواند در هر اندام / قسمت آسیب دیده بدن استفاده شود ، سازگار با مجموعه ای از عوامل شکل (هر کدام برای کاربر مناسب تر است) استفاده کنم.

برای ملاحظات زیبایی و پایان حرفه ای ، من از تکنیک های پیشرفته ساخت شامل لحیم کاری ، قالب گیری / ریخته گری سیلیکون و چاپ سه بعدی برای مونتاژ این پروتز استفاده کرده ام. با این حال ، تکنیک های ساده نان دوزی و دوخت نیز کار را به پایان می رساند.

زمینه:

تقریباً 20 میلیون نفر در ایالات متحده تنها نوروپاتی را تجربه می کنند ، عارضه جانبی شایع دیابت ، سرطان و آرتروز. نوروپاتی با ترکیبی از سوزن سوزن شدن شدید و بی حسی در دست و پای افراد ، در نتیجه آسیب عصب محیطی مشخص می شود. نوروپاتی می تواند با کاهش احساس لمس هنگام تماس پاها و دست ها با سطوح ، تحرک را به شدت محدود کند. با این حال ، بازخورد لمسی به شکل ارتعاشات در قسمت های تحت تأثیر بدن می تواند به افراد کمک کند تا با پیوند دادن بازخورد به حس عمقی خود ، تعادل خود را بازیابند.

تدارکات

سخت افزار:

میکروکنترلر (هر یک از گزینه های زیر فوق العاده است):

• آردوینو نانو (کوچکترین اندازه فیزیکی ، اما برای شارژ به قطعات الکترونیکی اضافی نیاز دارد)
• Adafruit Flora (گزینه سراغ پوشیدنی ها-فاکتور فرم تخت و دارای شارژ داخلی)
• پر Adafruit (دارای بسیاری از ویژگی های اضافی است که ما به آنها نیاز نداریم ، اما یک فرم بسیار جمع و جور و شارژ داخلی). من از این میکروکنترلر برای این آموزش استفاده خواهم کرد. نسخه های مختلفی از Feather وجود دارد که شامل تراشه های BLE ، WiFi یا Radio می شوند - هر کدام کار می کند.

موتور ارتعاشی:

موتور ارتعاش LRA (قادر به ایجاد حس ارتعاش بسیار سفارشی تر از موتور ارتعاشی معمولی ERM است). هر موتور ارتعاشی زیر 3 ولت کار می کند ، اما یک LRA قوی ترین خروجی ارتعاش خواهد بود (ما از یک مدار ساده برای جمع و جور کردن طراحی خود استفاده می کنیم [موتور ارتعاش را مستقیماً از میکروکنترلر تغذیه می کند] و اکثر میکروکنترلرها دارای محدودیت های فعلی هستند که ارتعاش را تضعیف می کند. استحکام - قدرت)

درایور موتور هپتیک (رابط بین میکروکنترلر و موتور ارتعاش):

درایور موتور هپتیک (DRV2605L ، تولید شده توسط Texas Instruments و توزیع شده توسط Adafruit)

باتری Li -Po (در محدوده 100 - 350 میلی آمپر ساعت باید زیاد باشد):

3.7 ولت ، 350 میلی آمپر ساعت Li-Po

سیم سیلیکون:

سیم AWG Silicone Wire (سیلیکون تعادل زیادی از انعطاف پذیری و دوام برای سیم ایجاد می کند و قطر مناسب دارد)

مواد Velostat

Velostat یک سطح حساس به فشار است که در صورت فشرده شدن یا فشرده شدن مقاومت آن را تغییر می دهد

نوار

هر نوع نوار (داکت ، اسکاتلندی ، برقی ، ماسک) کار می کند ، اما من نوار بسته بندی شفاف و پهن را توصیه می کنم. فقط به چند اینچ نیاز دارید

فویل آلومینیومی (فقط به اندازه 4x4 اینچ نیاز دارید)

نرم افزار:

Arduino IDE (بارگیری و استفاده رایگان ، آن را از اینجا دریافت و نصب کنید:

مرحله 1: سنسور فشار Velostat را مونتاژ کنید

ساده تر از آن است که فکر می کنید.

1. اندازه velostat خود را برش دهید. از یک قیچی برای برش ورق velostat خود به هر اندازه حسگری که نیاز دارید استفاده کنید. اگر از این پروتز برای پا استفاده می کنید ، آن را به اندازه یک پاشنه پا بسازید. اگر از آن برای دست یا انگشتان استفاده می کنید ، ابعاد هر پوستی را که می خواهید بپوشانید ، قرار دهید.

2. فویل آلومینیوم را به اندازه برش دهید. دو تکه فویل آلومینیومی را به همان اندازه قطعه ولوستات برش دهید. ساندویچ قطعه velostat را بین دو تکه فویل آلومینیومی قرار دهید. فویل آلومینیومی به عنوان یک لایه رسانا عمل می کند.

3. سیم سیلیکونی نواری. با استفاده از برش دهنده های سیم ، 3-4 اینچ سیم نمایان شده را از دو قسمت سیم سیلیکونی جدا کنید. طول هر سیم سیلیکونی باید حدود 15-20 اینچ باشد (طول هر دو را برای زیبایی بیشتر کنید). هر سیم جدا شده را در یک طرف فویل آلومینیومی قرار دهید. سفارش کلی ساندویچ در حال حاضر عبارت است از: سیم سفت 1 ، فویل آلومینیوم 1 ، ولوستات ، فویل آلومینیوم 2 ، سیم سفت 2.

4. سنسور فشار نوار با هم. روی ساندویچ اجزای خود بچسبانید و تکه های چسب اضافی را جدا کنید ، به طوری که همه چیز به طور ایمن به هم چسبیده باشد. بسیار مهم است که velostat دو طرف ساندویچ را به طور تمیز از هم جدا کند (فویل آلومینیومی / سیم سفت در قسمت پایین نباید با هیچ قسمتی از سطوح رسانای بالا تماس داشته باشد).

5. سیم را ببندید. برای اینکه سیمها را در کنار هم نگه دارید و از چرخش آنها در حین حرکت کاربر جلوگیری کنید ، آنها را با هم بچرخانید (هرچه بیشتر بچرخانید ، امنیت آنها بیشتر خواهد بود). این نیز یک روش مهندسی برق خوب است هنگامی که گروه های سیم طولانی را از نقطه شروع به نقطه یکسانی دارید.

مرحله 2: اجزای خود را متصل کنید

زمان اتصال تمام قطعات الکترونیکی جداگانه شما فرا رسیده است. من همه اجزای خود را با هم لحیم کردم ، اما امکان استفاده از تخته نان نیز وجود دارد (در این صورت ، شما هنوز هم باید پین ها را روی میکروکنترلر و درایور موتور haptic لحیم کنید).

1. سنسور فشار لحیم کاری به میکروکنترلر: یکی از سیم های بافته شده خود را به پین آنالوگ (A1) میکروکنترلر خود وصل کرده و سیم بافته شده باقی مانده را به پین Ground (Gnd) لحیم کنید.

2. Solder Vibration Motor to Haptic Motor Driver: سیم قرمز (مثبت) موتور ارتعاش خود را به ترمینال + و سیم آبی (زمینی) را به پایانه - راننده موتور لپتک لحیم کنید.

3. Solder Haptic Driver Motor to Microcontroller: با استفاده از دو قطعه سیم سیلیکونی بسیار کوتاه ، پین های زیر را روی درایور موتور haptic به میکروکنترلر بچسبانید.

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

*راننده موتور لمسی از نوعی سیستم ارتباطی به نام I2C برای "صحبت" با میکروکنترلر استفاده می کند. پین های SCL و SDA مسیرهایی برای برقراری این ارتباط هستند.

4. اتصال باتری: هدر باتری Li-Po را به میکروکنترلر وصل کنید. اگر باتری شما کمی شارژ داشته باشد ، ممکن است یک LED روی میکروکنترلر روشن شود. اولین نشانه های زندگی!:)

مرحله 3: برنامه نویسی الکترونیک خود

اگر هنوز Arduino IDE را بارگیری و نصب نکرده اید ، اکنون زمان آن است. من دوست دارم قبل از شروع برنامه نویسی ، برنامه خود را با کلمات "شبه رمز" کنم ، به طوری که قبلاً متوجه شده ام که باید در C ++ بنویسم.

در اینجا کد نرم افزاری پروتز ما انجام می دهد:

بارها در ثانیه ، میکروکنترلر ما مقدار فشاری را که سنسور تشخیص می دهد ، می خواند و اگر مقدار فشار به اندازه کافی قوی باشد (به عبارت دیگر ، سنسور در تماس با زمین است) ، هر الگوی ارتعاشی را که می خواهیم از راننده موتور لغزنده کد پیوست این عملکرد پایه را انجام می دهد ، اما به راحتی می توانید موتور خود را برای ارائه ارتعاشات با الگوهای مختلف یا قدرت ، بر اساس مقادیر مختلف حسگر فشار تشخیص دهید (یعنی تماس نور در مقابل تماس قوی)

*من دانش اساسی در مورد استفاده از Arduino IDE ، نصب کتابخانه ها و بارگذاری کد در یک میکرو کنترلر متصل را فرض می کنم. اگر کاملاً با آردوینو آشنا هستید ، از این آموزش ها برای افزایش سرعت استفاده کنید.

1. فایلهای Adafruit DRV را در همان پوشه ای که طرح Arduino شما در آن قرار دارد بارگیری و نصب کنید.

2. برنامه LevitateVelostatCode را روی میکروکنترلر خود بارگیری ، بارگذاری و اجرا کنید (مطمئن شوید که متغیرها را بر اساس حساسیت سنسور velostat مناسب تنظیم کرده اید. می توانید با باز کردن مانیتور سریال Arduino و آزمایش انواع مختلف ، مقادیر CLIFF & CUTOFF را کالیبره کنید. محدودیت فشار ، برای مورد استفاده شما نیاز دارید.

3. تبریک می گویم! شما در حال حاضر یک دستگاه مصنوعی فعال دارید. بقیه موارد زیبایی شناسی است و تصمیم گیری در مورد چگونگی اتصال آن به بدن کاربر.

مرحله 4: فرم فاکتور + زیبایی شناسی

این شما هستید که می خواهید Moonwalk کجا و چگونه به بدن کاربر متصل شود. مورد استفاده من در ابتدا برای تشخیص تماس با پا بود ، بنابراین سنسور فشار به طور طبیعی زیر پاشنه کاربر قرار می گیرد.

برای اینکه قطعات الکترونیکی زیبا و جمع و جور باشند ، من یک محفظه محفظه (با چاپ سه بعدی و قالب گیری سیلیکون ، برای تماس انعطاف پذیر با پوست) طراحی و ساختم. فایلهای سه بعدی (به صورت. STL) را به این دستورالعمل ضمیمه کرده ام.

*برای حداکثر ارتعاش ، مهم است که موتور LRA (که با ایجاد سریع ارتعاشات از فنر محور z عمل می کند) در تماس مستقیم با سطوحی باشد که پوست را لمس می کند (برخلاف ERM ، اگر LRA در هوا شناور باشد ، پوست چیزی احساس نخواهد کرد) برای طراحی من ، بسیار منطقی است که وسایل الکترونیکی را از طریق یک پد نانوساکشن / ژل (که می توان آنها را به راحتی آنلاین خریداری کرد و برای استفاده های متعدد روی پوست عالی هستند) ، نوار طبی یا آستین پارچه ای وصل کرد. از نظر تئوری ، شما می توانید Moonwalk را زیر لباس های الاستیک / اسپندکس بچسبانید ، اگر از آن روی پا یا ران استفاده می شود.

مرحله 5: پروتز نهایی

امیدوارم طراحی من برای شما مفید واقع شده باشد. لطفاً با خیال راحت این طرح اصلی را تغییر دهید ، ترکیب کنید و بهبود دهید - و غریبه نباشید! از طریق وب سایت من (www.akshaydinakar.com/home) می توان با من تماس گرفت.