Moonwalk: Haptic Geribildirim Protez: 5 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Təsvir:

Moonwalk, toxunma hissinin pozulması (nöropatiyə bənzər simptomlar) olan şəxslər üçün təzyiqə həssas bir protez cihazdır. Moonwalk, balans + hərəkətliliyi yaxşılaşdırmaq üçün ayaqları yerlə təmasda olduqda fərdlərə faydalı haptik rəy almağa kömək etmək üçün hazırlanmışdır.

Akshay Dinakar tərəfindən hazırlanmış və açıq mənbə hazırlanmışdır.

Daha çox layihə və yaradıcılıq görmək üçün, Akshay Dinakar Design-ın qeyri-kommersiya dizayn studiyası olan www.akshaydinakar.com/lab saytına daxil olun.

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

Bu protez cihazı, uyğun bir mikrokontrolörün analog pinləri vasitəsilə təzyiq dəyərlərini oxumaq üçün velostat sensoru (tibbi yapışma, nanosaksiya və ya bədənin hər hansı bir müvafiq hissəsinə parça qolu ilə bağlanır) istifadə edir. Təzyiq dəyəri müəyyən bir həddə çatdıqda, istifadəçiyə bir səthlə təmas qurduğunu bildirən müəyyən bir haptik siqnal işə salınır.

Niyyətim:

Bu layihənin məqsədi, bədəninin bir hissəsində uyuşma olan hər bir fərdin müstəqilliyini + hərəkətliliyini artırmaq üçün ucuz bir protez cihazı yaratmaqdır. Bu vəziyyəti yaşayan ailə üzvləri ilə şəxsi təcrübəm var və məhdud mühəndislik təcrübəsi olan başqalarının tək başına yığa biləcəyi əlçatan bir həll yaratmaq istədim. Elektron komponentlərin mövcudluğunda simptomların və müxtəlifliyin fərdiləşdirilməsi səbəbindən bir sıra istifadə halları üçün işləyən bir cihaz yaratmaq çətindir. Bununla birlikdə, Moonwalk'ı bədənin hər hansı bir əzasında / təsirlənmiş hissəsində istifadə edilə bilən, bir sıra forma faktorları ilə uyğun bir həll olaraq buraxmaqdan qürur duyuram (istifadəçi üçün ən uyğun olanı).

Estetik mülahizələr və peşəkar bitirmə üçün, bu protezi yığmaq üçün lehimləmə, silikon qəlibləmə / döküm və 3D çap da daxil olmaqla qabaqcıl istehsal üsullarından istifadə etdim. Bununla birlikdə, sadə çörək taxma və tikiş texnikası da işin öhdəsindən gəlir.

Fon:

Yalnız ABŞ -da təxminən 20 milyon insan diabet, xərçəng və artritin ümumi bir yan təsiri olan nöropatiya yaşayır. Neyropatiya, periferik sinirin zədələnməsi nəticəsində fərdlərin əl və ayaqlarında kəskin karıncalanma və uyuşma qarışığı ilə xarakterizə olunur. Neyropatiya, ayaqların və əllərin səthlə təmas etməsi zamanı toxunma hisslərini azaldaraq hərəkətliliyi ciddi şəkildə məhdudlaşdıra bilər. Bununla birlikdə, bədənin təsirlənməmiş hissələrində titrəmə şəklində olan haptik geribildirim, geribildirimi proprioseptiv hissləri ilə əlaqələndirərək fərdlərin tarazlığını bərpa etməsinə kömək edə bilər.

Təchizat

Avadanlıq:

Mikro nəzarətçi (aşağıdakı variantlardan hər hansı biri fantastikdir):

• Arduino Nano (ən kiçik fiziki ölçü, lakin şarj üçün əlavə elektron komponentlər tələb olunacaq)
• Adafruit Flora (geyilə bilənlər üçün seçim-düz forma faktoru və quraşdırılmış şarj ilə)
• Adafruit Feather (ehtiyacımız olmayan çoxlu əlavə xüsusiyyətlərə malikdir, lakin çox yığcam bir forma və quraşdırılmış şarj). Bu dərs üçün bu mikro nəzarətçidən istifadə edəcəyəm. Feather -in BLE, WiFi və ya Radio çiplərini daxil etməkdən fərqli versiyaları var - hər hansı biri işləyəcək.

Vibrasiya Motoru:

LRA vibrasiya mühərriki (tipik ERM vibrasiya motorundan daha çox özelleştirilebilir vibrasiya hissi təmin edə bilir). 3V -dən aşağı olan hər hansı bir titrəmə mühərriki işləyəcək, ancaq bir LRA ən güclü vibrasiya çıxışı olacaq (dizaynımızı kompakt etmək üçün sadələşdirilmiş bir sxemdən istifadə edirik [vibrasiya motorunu birbaşa mikrokontrolördən işə salırıq) və əksər mikro nəzarətçilərin vibrasiyanı zəiflədən cari məhdudiyyətləri var. güc)

Haptic Motor Driver (mikrokontrolör və vibrasiya motoru arasındakı interfeyslər):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, Texas Instruments tərəfindən istehsal olunur və Adafruit tərəfindən paylanır)

Li -Po Batareya (100 - 350 mAh aralığında bir yerdə bol olmalıdır):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silikon tel:

22 AWG Silikon Tel (silikon, tel üçün böyük bir elastiklik və dayanıqlıq balansı təmin edir və doğru diametrdir)

Velostat materialı

Velostat, sıxıldıqda və ya sıxıldıqda müqaviməti dəyişən təzyiqə həssas bir səthdir

Tape

İstənilən növ lent (kanal, skotç, elektrik, maskeləmə) işləyəcək, amma şəffaf və geniş qablaşdırma bantı məsləhət görürəm. Yalnız bir neçə santimetrə ehtiyacınız olacaq

Alüminium folqa (yalnız 4x4 düym lazımdır)

Proqram təminatı:

Arduino IDE (Yükləmək və istifadə etmək pulsuzdur, buradan əldə edin və quraşdırın:

Addım 1: Velostat Təzyiq Sensorunuzu yığın

Düşündüyünüzdən daha asandır.

1. Velostatınızı ölçüsünə görə kəsin. Velostat vərəqinizi ehtiyac duyduğunuz ölçü sensoru ilə kəsmək üçün bir qayçı istifadə edin. Ayaq üçün bu protezdən istifadə edirsinizsə, onu daban ölçüsündə edin. Əlləriniz və ya barmaqlarınız üçün istifadə edirsinizsə, örtmək istədiyiniz dərinin ölçüləri olun.

2. Alüminium folqa ölçüsünə görə kəsin. Velostat parçası ilə eyni ölçüdə iki ədəd alüminium folqa kəsin. İki parça alüminium folqa arasında olan velostat parçası. Alüminium folqa keçirici bir təbəqə kimi xidmət edir.

3. Silikon teli soyun. Tel sıyırıcılardan istifadə edərək iki silikon tel seqmentindən 3-4 düymlük açıq tel çıxarın. Hər bir silikon tel təxminən 15-20 düym uzunluğunda olmalıdır (estetik cazibə üçün hər ikisini eyni uzunluğa gətirin). Alınmış hər teli alüminium folqa tərəfinə qoyun. Ümumi sendviç sifarişi indi: soyulmuş tel 1, alüminium folqa 1, velostat, alüminium folqa 2, soyulmuş tel 2.

4. Bant təzyiq sensoru birlikdə. Bileşenli sandviçinizi yapışdırın və hər şeyi bir -birinə möhkəm bağlayacaq qədər əlavə lent kəsin. Velostatın sandviçin iki tərəfini təmiz bir şəkildə ayırması son dərəcə vacibdir (altındakı alüminium folqa / soyulmuş tel üst keçirici səthlərin heç bir hissəsi ilə təmasda olmamalıdır).

5. Teli hörün. Telləri bir yerdə saxlamaq və istifadəçi hərəkəti əsnasında ətrafa yuvarlanmalarının qarşısını almaq üçün onları bir -birinə bükün (nə qədər çox fırlasanız, bir o qədər etibarlı olar). Eyni başlanğıcdan son nöqtəyə qədər uzun tellər qruplarınız olduqda bu da yaxşı elektrik mühəndisliyi təcrübəsidir.

Addım 2: Komponentlərinizi birləşdirin

Bütün fərdi elektron hissələrinizi birləşdirmə vaxtıdır. Bütün komponentlərimi birlikdə lehimlədim, ancaq çörək taxtasından istifadə etmək də mümkündür (bu halda, hələ də mikrokontrollerinizə və haptik motor sürücünüzə sancaqlar lehimləməlisiniz).

1. Mikro nəzarətçiyə Lehim Təzyiqi Sensoru: Örgülü tellərinizdən birini mikrokontrolörünüzün Analog (A1) pininə qoşun və qalan örgülü teli Torpaq (Gnd) pininə lehimləyin.

2. Lapter Vibrasiya Motoru Haptik Motor Sürücüsünə: Vibrasiya motorunuzun qırmızı (müsbət) telini + terminalına, mavi (torpaq) teli isə haptik motor sürücüsünün terminalına lehimləyin.

3. Mikrodenetleyiciye Haptik Motor Sürücüsünü Lehimleyin: İki çox qısa silikon tel seqmentindən istifadə edərək, haptik motor sürücüsündəki aşağıdakı pinləri mikrokontrolöre lehimləyin.

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

*Haptik motor sürücüsü mikrokontrolörlə "danışmaq" üçün I2C adlı bir növ rabitə sistemindən istifadə edir. SCL və SDA pinləri bu ünsiyyətin baş vermə yollarıdır.

4. Batareyanı qoşun: Li-Po batareya başlığını mikrokontrolöre qoşun. Batareyanızda bir az şarj varsa, mikrokontrolörün bir LEDini yandıra bilər. Həyatın ilk əlamətləri!:)

Addım 3: Elektronikanı proqramlaşdırın

Arduino IDE -ni hələ yükləməmisinizsə və yükləməmisinizsə, artıq vaxtdır. Kodlamağa başlamazdan əvvəl proqramımı sözlə "yalançı kodlaşdırmağı" sevirəm ki, C ++ dilində nə yazmalı olduğumu artıq anladım.

Protez proqram kodumuz nə edir:

Mikro nəzarətçimiz saniyədə bir çox dəfə sensorun tapdığı təzyiq dəyərini oxuyur və təzyiq dəyəri kifayət qədər güclüdürsə (başqa sözlə sensor yerlə təmasda olarsa) istədiyimiz vibrasiya modelini işə salırıq. haptik motor sürücüsü. Əlavə edilmiş kod bu əsas funksiyanı yerinə yetirir, lakin təzyiq sensörünün aşkar etdiyi fərqli dəyərlərə (yəni yüngül təmas və güclü təmasa) əsaslanaraq, müxtəlif modellərdə və ya gücdə titrəmələr təmin etmək üçün motorunuzu fərdiləşdirmək asandır

*Arduino IDE-dən istifadə, kitabxanaların quraşdırılması və əlaqəli bir mikro nəzarətçiyə kod yükləmək haqqında əsas biliklərə sahibəm. Arduino ilə tamamilə yenisinizsə, sürətləndirmək üçün bu təlimatları istifadə edin.

1. Adafruit DRV fayllarını Arduino eskizinizin olduğu qovluğa yükləyin və quraşdırın.

2. Mikrodenetleyicinizde LevitateVelostatCode proqramını yükləyin, yükləyin və işlədin (dəyişənləri velostat sensorunuzun həssaslığına əsaslanaraq uyğun olaraq təyin edin. Arduino Serial Monitorunu açaraq və fərqli test edərək CLIFF və CUTOFF dəyərlərini kalibr edə bilərsiniz. İstifadə vəziyyətiniz üçün təzyiq məhdudiyyətləri.

3. Təbriklər! Artıq işləyən bir protez cihazınız var. Qalan hər şey estetikadır və istifadəçinin bədəninə necə bağlamaq istədiyinizə qərar verir.

Addım 4: Form Faktoru + Estetika

Moonwalk -ın istifadəçinin bədəninə harada və necə bağlanmasını istəmək sizə bağlıdır. Əvvəlcə nəzərdə tutduğum istifadə vəziyyətim ayaqla təmas üçün idi, buna görə də təzyiq sensoru təbii olaraq istifadəçinin dabanının altına yerləşirdi.

Elektronikanı gözəl və yığcam saxlamaq üçün, qabla (3D çap və silikon qəliblə, dəri ilə təmasda olmaq üçün) dizayn və istehsal etdim. 3D sənədləri (. STL formasında) bu Təlimata əlavə etmişəm.

*Maksimum vibrasiya üçün LRA mühərrikinin (z-oxlu yaydan tez bir zamanda titrəyişlə işləyən) dəriyə toxunan səthlərlə birbaşa təmasda olması vacibdir (ERM-dən fərqli olaraq, bir LRA havada üzürsə, dəri heç nə hiss etməyəcək). Dizaynım üçün, elektronikanı bir nanosuction / gel yastığı ilə bağlamaq (bu məhsulları internetdən asanlıqla almaq olar və dəridə çox istifadə üçün əladır), tibbi lent və ya bir parça qolu ilə bağlamağın mənası var. Ayaqda və ya budda istifadə olunarsa, nəzəri olaraq Moonwalk'ı elastik / spandeksli geyimlərin altına sürüşdürə bilərsiniz.

Addım 5: Bitmiş protez

Ümid edirəm dizaynım sizin üçün bir fayda verəcəkdir. Zəhmət olmasa bu baza dizaynını düzəltməkdən, remiks etməkdən və təkmilləşdirməkdən çəkinməyin - və qərib olmayın! Veb saytım vasitəsilə əlaqə saxlaya bilərəm (www.akshaydinakar.com/home).