Moonwalk: protetika haptičnih povratnih informacij: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Opis:

Moonwalk je protetična naprava, občutljiva na pritisk, za posameznike z okvarjenim otipnim občutkom (simptomi, podobni nevropatiji). Moonwalk je bil zasnovan tako, da posameznikom pomaga, da dobijo koristne haptične povratne informacije, ko stopala pridejo v stik s tlemi, tako da lahko izboljšajo ravnotežje + mobilnost.

Oblikoval in odprtokodno oblikoval Akshay Dinakar.

Če si želite ogledati več projektov in stvaritev, obiščite www.akshaydinakar.com/lab, neprofitni oblikovalski studio Akshay Dinakar Design.

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

Ta protetična naprava uporablja velostatski senzor (pritrjen z medicinsko adhezijo, nanosukcijo ali tulcem iz tkanine na kateri koli ustrezen del telesa) za odčitavanje vrednosti tlaka prek analognih zatičev na ustreznem mikrokrmilniku. Ko vrednost tlaka doseže določeno mejo, se aktivira določen haptični signal, ki uporabnika opozori, da je prišel v stik s površino.

Moj namen:

Namen tega projekta je ustvariti poceni protetično napravo za povečanje neodvisnosti in mobilnosti vsakega posameznika z odrevenelostjo v delu telesa. Imam osebne izkušnje z družinskimi člani, ki doživljajo to stanje, in želel sem ustvariti dostopno rešitev, ki bi jo lahko drugi z omejenimi inženirskimi izkušnjami zbrali sami. Zaradi individualizacije simptomov in raznolikosti razpoložljivosti elektronskih komponent je težko ustvariti napravo, ki deluje za različne primere uporabe. Ponosno pa predstavljam Moonwalk kot rešitev, ki jo lahko uporabimo na vseh okončinah / prizadetih delih telesa, združljivo z vrsto faktorjev oblike (kar je za uporabnika najbolj primerno).

Zaradi estetskih vidikov in profesionalnega zaključka sem za sestavo te protetike uporabil napredne tehnike izdelave, vključno s spajkanjem, silikonskim oblikovanjem / litjem in 3D-tiskanjem. Vendar pa preprosta tehnika izdelave kroja in šivanja tudi opravi delo.

Ozadje:

Skoraj 20 milijonov posameznikov samo v ZDA doživlja nevropatijo, pogost stranski učinek sladkorne bolezni, raka in artritisa. Za nevropatijo je značilna mešanica ostrih mravljinčastih bolečin in odrevenelosti v rokah in nogah posameznikov zaradi poškodbe perifernih živcev. Nevropatija lahko močno omeji gibljivost z zmanjšanjem občutka dotika, ko stopala in roke pridejo v stik s površinami. Toda haptične povratne informacije v obliki vibracij na prizadetih delih telesa lahko pomagajo posameznikom, da ponovno vzpostavijo ravnovesje, tako da povežejo povratne informacije s svojim proprioceptivnim čutom.

Zaloge

Strojna oprema:

Mikrokrmilnik (katera od spodnjih možnosti je fantastična):

• Arduino Nano (najmanjša fizična velikost, vendar bo za polnjenje potrebovala dodatne elektronske komponente)
• Adafruit Flora (možnost izbire za nosljive naprave-ploščate oblike in ima vgrajeno polnjenje)
• Adafruit Feather (ima veliko dodatnih funkcij, ki jih ne potrebujemo, vendar zelo kompaktna oblika in vgrajeno polnjenje). Za to vadnico bom uporabljal ta mikrokrmilnik. Obstajajo različne različice Feather, kot so čipi BLE, WiFi ali Radio - vse bodo delovale.

Vibracijski motor:

Vibracijski motor LRA (sposoben zagotoviti veliko bolj prilagodljiv občutek vibracij kot tipični motor z vibracijami ERM). Vsak vibracijski motor pod 3V bo deloval, vendar bo LRA najmočnejša vibracijska moč (za poenostavljeno vezje uporabljamo poenostavljeno vezje [napajanje vibracijskega motorja neposredno iz mikrokrmilnika), večina mikrokrmilnikov pa ima trenutne omejitve, ki oslabijo vibracije moč)

Gonilnik haptičnega motorja (vmesniki med mikrokrmilnikom in motorjem za vibracije):

Gonilnik haptičnega motorja (DRV2605L, proizvajalca Texas Instruments in distributer Adafruit)

Li -Po baterija (nekje v območju 100 - 350 mAh bi moralo biti dovolj):

3,7v, 350 mAh Li-Po

Silikonska žica:

22 AWG Silikonska žica (silikon zagotavlja odlično ravnovesje prožnosti in vzdržljivosti žice in ima pravi premer)

Material Velostat

Velostat je površina, občutljiva na pritisk, ki spreminja odpornost pri stiskanju ali stiskanju

Trak

Vsaka vrsta traku (kanalski, škotski, električni, maskirni) bo delovala, vendar priporočam prozoren in širok embalažni trak. Potrebovali boste le nekaj centimetrov

Aluminijasta folija (potrebujete le približno 4 x 4 palce)

Programska oprema:

Arduino IDE (brezplačen za prenos in uporabo, dobite ga tukaj in namestite:

1. korak: Sestavite senzor tlaka Velostat

Je preprostejše, kot si mislite.

1. Izrežite velostat na velikost. S škarjami obrežite list velostata na kateri koli senzor velikosti, ki ga potrebujete. Če uporabljate to protezo za stopala, naj bo velikosti pete. Če ga uporabljate za roke ali prste, določite dimenzije kože, ki jo želite pokriti.

2. Izrežite aluminijasto folijo po velikosti. Izrežite dva kosa aluminijaste folije enakih dimenzij kot kos velostata. Košček velostata vstavite med dva kosa aluminijaste folije. Aluminijasta folija služi kot prevodna plast.

3. Odstranite silikonsko žico. Z odstranjevalci žice odstranite 3-4 centimetre izpostavljene žice z dveh segmentov silikonske žice. Vsaka silikonska žica mora biti dolga približno 15-20 centimetrov (zaradi estetske privlačnosti morata biti oba enake dolžine). Vsako odstranjeno žico položite na stran aluminijaste folije. Celoten vrstni red sendvičev je zdaj: ogoljena žica 1, aluminijeva folija 1, velostat, aluminijasta folija 2, ogoljena žica 2.

4. Senzor tlaka na traku skupaj. Zalepite sestavni sendvič in odrežite vse dodatne trakove, tako da je vse varno pritrjeno skupaj. Izjemno pomembno je, da velostat čisto ločuje obe strani sendviča (aluminijasta folija / ogoljena žica na dnu NE sme biti v stiku z nobenim delom zgornjih prevodnih površin).

5. Prepletite žico. Če želite ohraniti žice skupaj in jim preprečiti, da bi se med gibanjem uporabnika zvijale, jih zavrtite skupaj (večkrat, ko se vrtite, bolj bodo varne). To je tudi dobra praksa elektrotehnike, če imate skupine dolgih žic, ki gredo od iste začetne do končne točke.

Korak: Povežite svoje komponente

Čas je, da povežete vse svoje posamezne elektronske dele. Spajal sem vse svoje komponente skupaj, vendar je možno uporabiti tudi ploščo (v tem primeru boste še vedno morali spajkati zatiče na mikrokrmilnik in gonilnik haptičnega motorja).

1. Tlačni senzor za spajkanje na mikrokrmilnik: eno od svojih pletenih žic priključite na analogni (A1) zatič mikrokrmilnika, preostalo pleteno žico pa spajkajte na ozemljitveni (Gnd) zatič.

2. Spajkajte vibracijski motor na gonilnik haptičnega motorja: rdečo (pozitivno) žico vašega vibracijskega motorja spajkajte na + priključek, modro (ozemljeno) žico pa na - priključek gonilnika haptičnega motorja.

3. Spajkajte gonilnik haptičnega motorja na mikrokrmilnik: z dvema zelo kratkima segmentoma silikonske žice spajkajte naslednje zatiče gonilnika haptičnega motorja na mikrokrmilnik.

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

*Gonilnik haptičnega motorja uporablja vrsto komunikacijskega sistema, imenovanega I2C, za "pogovor" z mikrokrmilnikom. Zatiči SCL in SDA so poti za to komunikacijo.

4. Priključite baterijo: Priključite glavo Li-Po baterije na mikrokrmilnik. Če je baterija napolnjena, lahko na mikrokrmilniku zasveti LED. Prvi znaki življenja!:)

3. korak: Programiranje vaše elektronike

Če še niste prenesli in namestili Arduino IDE, je zdaj pravi čas. Moj program rad "psevdo kodiram" z besedami, preden začnem kodirati, tako da sem že ugotovil, kaj moram napisati v C ++.

Tako dela naša programska koda za protetiko:

Naš mikrokrmilnik večkrat na sekundo odčita vrednost tlaka, ki jo zazna senzor, in če je vrednost tlaka dovolj močna (z drugimi besedami, senzor je v stiku s tlemi), aktiviramo poljuben vzorec vibracij, ki ga želimo gonilnik haptičnega motorja. Priložena koda izpolnjuje to osnovno funkcionalnost, vendar je vaš motor enostavno prilagoditi tako, da zagotavlja vibracije različnih vzorcev ali jakosti, glede na različne vrednosti, ki jih zazna senzor tlaka (t.j. lahek stik proti močnemu stiku)

*Predpostavljam osnovno znanje o uporabi Arduino IDE, nameščanju knjižnic in nalaganju kode v priključen mikrokrmilnik. Če ste povsem novi v Arduinu, uporabite te vaje za pospešitev.

1. Prenesite in namestite datoteke Adafruit DRV v isto mapo, v kateri je vaša skica Arduino.

2. Prenesite, naložite in zaženite program LevitateVelostatCode na svojem mikrokrmilniku (spremenljivke nastavite na podlagi občutljivosti senzorja velostata. Vrednosti CLIFF & CUTOFF lahko umerite tako, da odprete serijski monitor Arduino in preizkusite različne mejne vrednosti tlaka, za primer uporabe, ki ga potrebujete.

3. Čestitamo! Že imate delujočo protetično napravo. Vse ostalo je estetika in odločanje, kako ga želite pritrditi na telo uporabnika.

4. korak: Form Factor + Estetika

Od vas je odvisno, kje in kako želite, da se Moonwalk prilepi na telo uporabnika. Moj prvotno predvideni primer uporabe je bil za odkrivanje stika z nogami, zato je senzor tlaka seveda prilegal uporabniku pod peto.

Da bi bila elektronika lepa in kompaktna, sem zasnoval in izdelal ohišje ohišja (3D-tiskano in silikonsko oblikovano, da omogoči prožen stik s kožo). Tej datoteki za navodila sem priložil datoteke 3D (v obliki. STL).

*Za največje vibracije je pomembno, da je motor LRA (ki deluje s hitrim ustvarjanjem vibracij iz vzmeti osi z) v neposrednem stiku s površinami, ki se dotikajo kože (za razliko od ERM, če LRA plava v zraku, koža ne čuti ničesar). Za mojo zasnovo je najbolj smiselno, da elektroniko pritrdim prek nanosukcijske / gel blazinice (te je mogoče enostavno kupiti na spletu in so odlične za večkratno uporabo na koži), medicinskega traku ali rokava iz tkanine. Teoretično bi lahko Moonwalk podtaknili tudi pod elastična / spandex oblačila, če ga uporabljate na nogi ali stegnu.

5. korak: Končana protetika

Upam, da vam bo moj dizajn pomagal. Prilagodite, predelajte in izboljšajte to osnovno zasnovo - in ne bodite tujec! Lahko me kontaktirate prek moje spletne strani (www.akshaydinakar.com/home).