Moonwalk: a Haptic Feedback Prosthetic: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Beskrivelse:

Moonwalk er en trykfølsom protetisk enhed til personer med nedsat taktil fornemmelse (neuropati-lignende symptomer). Moonwalk er designet til at hjælpe enkeltpersoner med at modtage nyttig haptisk feedback, når deres fødder kommer i kontakt med jorden, så de kan forbedre balance + mobilitet.

Designet og lavet open-source af Akshay Dinakar.

For at se flere projekter og kreationer, besøg www.akshaydinakar.com/lab, det nonprofit designstudie for Akshay Dinakar Design.

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

Denne proteseanordning bruger en velostatsensor (fastgjort via medicinsk adhæsion, nanosugning eller stofmuffe til enhver relevant del af kroppen) til at aflæse trykværdier via analoge ben på en passende mikrokontroller. Når trykværdien når en bestemt grænse, aktiveres et specifikt haptisk signal, der advarer brugeren om, at de har taget kontakt med en overflade.

Min hensigt:

Hensigten med dette projekt er at skabe en billig protetisk enhed til at forbedre uafhængighed + mobilitet for ethvert individ med følelsesløshed i en del af deres krop. Jeg har personlig erfaring med familiemedlemmer, der oplever denne tilstand, og ønskede at skabe en tilgængelig løsning, som andre med begrænset ingeniørerfaring kunne sammensætte på egen hånd. På grund af individualiseringen af symptomer og variationen i tilgængeligheden af elektroniske komponenter er det udfordrende at oprette en enhed, der fungerer til en række anvendelsessager. Jeg er dog stolt over at kunne frigive Moonwalk som en løsning, der kan bruges på alle lemmer / berørte dele af kroppen, kompatibel med en række formfaktorer (alt efter hvad der er mest passende for brugeren).

Af æstetiske overvejelser og professionel finish har jeg brugt avancerede fremstillingsteknikker, herunder lodning, silikone støbning / støbning og 3D-print til at samle denne protese. Imidlertid får simple breadboarding og syteknikker også jobbet gjort.

Baggrund:

Næsten 20 millioner individer i USA alene oplever neuropati, en almindelig bivirkning af diabetes, kræft og gigt. Neuropati er karakteriseret ved en blanding af skarpe prikkende smerter og følelsesløshed i enkeltpersoners hænder og fødder som følge af perifer nerveskade. Neuropati kan i høj grad begrænse mobiliteten ved at reducere følelser af berøring, når fødder og hænder kommer i kontakt med overflader. Imidlertid kan haptisk feedback i form af vibrationer på upåvirkede dele af kroppen hjælpe enkeltpersoner med at genvinde balancen ved at koble feedbacken til deres proprioceptive sans.

Forbrugsvarer

Hardware:

Mikrocontroller (en af nedenstående muligheder er fantastisk):

• Arduino Nano (mindste fysiske størrelse, men kræver ekstra elektroniske komponenter til opladning)
• Adafruit Flora (go-to option for wearables-flad formfaktor og har indbygget opladning)
• Adafruit Feather (har masser af ekstra funktioner, som vi ikke har brug for, men en meget kompakt form og indbygget opladning). Jeg vil bruge denne mikrokontroller til denne vejledning. Der er forskellige versioner af Feather end inkluderer BLE, WiFi eller radiochips - enhver vil fungere.

Vibrationsmotor:

LRA -vibrationsmotor (i stand til at give meget mere tilpasselig vibrationssensation end den typiske ERM -vibrationsmotor). Enhver vibrationsmotor under 3V fungerer, men en LRA vil være den stærkeste vibrationsoutput (vi bruger et forenklet kredsløb til at gøre vores design kompakt [driver vibrationsmotoren direkte fra mikrokontrolleren), og de fleste mikrokontroller har strømbegrænsninger, der svækker vibrationen styrke)

Haptic Motor Driver (grænseflader mellem mikrokontrolleren og vibrationsmotoren):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, fremstillet af Texas Instruments og distribueret af Adafruit)

Li -Po batteri (et sted i området 100 - 350 mAh burde være rigeligt):

3,7v, 350 mAh Li-Po

Silikontråd:

22 AWG silikontråd (silikonen giver en god balance mellem fleksibilitet og holdbarhed for tråden og har den rigtige diameter)

Velostat materiale

Velostat er en trykfølsom overflade, der ændrer modstand, når den klemmes eller komprimeres

Tape

Enhver type tape (kanal, Scotch, elektrisk, maskering) fungerer, men jeg anbefaler en gennemsigtig og bred emballage tape. Du skal kun bruge et par centimeter

Aluminiumsfolie (du har kun brug for omkring 4x4 tommer)

Software:

Arduino IDE (gratis at downloade og bruge, hent det her og installer:

Trin 1: Saml din Velostat -trykføler

Det er enklere, end du tror.

1. Skær din velostat i størrelse. Brug en saks til at trimme dit velostatark til den størrelse størrelse sensor, du har brug for. Hvis du bruger denne protese til fødder, skal du gøre den på størrelse med en hæl. Hvis du bruger det til hænder eller fingre, skal du gøre det til størrelsen på den hud, du vil dække.

2. Skær aluminiumsfolie i størrelse. Skær to stykker aluminiumsfolie til de samme dimensioner som stykket velostat. Sandwich stykke velostat mellem de to stykker aluminiumsfolie. Aluminiumsfolien fungerer som et ledende lag.

3. Strip silikontråd. Brug wire strippere til at fjerne 3-4 tommer udsat tråd af to silikontrådssegmenter. Hver silikontråd skal være cirka 15-20 tommer lang (gør dem begge i samme længde for æstetisk appel). Læg hver afisoleret tråd på en side af aluminiumsfolien. Den samlede sandwichordre er nu: strippet wire 1, aluminiumsfolie 1, velostat, aluminiumsfolie 2, strippet wire 2.

4. Tapetryksensor sammen. Tape over din komponent sandwich og skær eventuelle ekstra stykker tape af, så alt er fastgjort sikkert sammen. Det er ekstremt vigtigt, at velostaten rent adskiller sandwichens to sider (aluminiumsfolie / afisoleret tråd på bunden må IKKE komme i kontakt med nogen del af de øverste ledende overflader).

5. Flet ledningen. For at holde ledningerne sammen og forhindre dem i at floppe rundt under brugerbevægelse, skal du sno dem sammen (jo flere gange du snurrer, jo mere sikre bliver de). Dette er også god elektroteknisk praksis, når du har grupper af lange ledninger, der går fra det samme start til slutpunkt.

Trin 2: Tilslut dine komponenter

Tid til at forbinde alle dine individuelle elektroniske dele. Jeg lodde alle mine komponenter sammen, men det er også muligt at bruge et brødbræt (i så fald skal du stadig lodde stifter på din mikrokontroller og haptic motor driver).

1. Loddetryksensor til mikrokontroller: Tilslut en af dine flettede ledninger til en analog (A1) pin på din mikrokontroller, og lod den resterende flettede ledning til jordnålen (Gnd).

2. Loddemodel til vibratormotor til haaptisk motordriver: Lod den røde (positive) ledning på din vibrationsmotor til + terminalen, og den blå (jord) ledning til - terminalen på haptisk motor driver.

3. Lodde Haptic motor driver til mikrokontroller: Ved hjælp af to meget korte silikontrådssegmenter loddes følgende stifter på haptisk motor driver til mikrokontrolleren.

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

*Den haptiske motordriver bruger en type kommunikationssystem kaldet I2C til at "tale" med mikrokontrolleren. SCL- og SDA -benene er vejene for denne kommunikation.

4. Tilslut batteri: Tilslut Li-Po-batterihovedet til mikrokontrolleren. Hvis dit batteri har en vis opladning, kan det tænde en LED på mikrokontrolleren. Første tegn på liv!:)

Trin 3: Programmering af din elektronik

Hvis du ikke har downloadet og installeret Arduino IDE endnu, er det tid. Jeg kan godt lide at "pseudokode" mit program med ord, før jeg begynder at kode, så jeg allerede har fundet ud af, hvad jeg skal skrive i C ++.

Her er hvad vores protesesoftwarekode gør:

Mange gange i sekundet læser vores mikrokontroller den trykværdi, som sensoren registrerer, og hvis trykværdien er stærk nok (med andre ord, sensoren er i kontakt med jorden), aktiverer vi det vibrationsmønster, vi ønsker fra haptisk motorfører. Den vedhæftede kode udfører denne basisfunktionalitet, men det er let at tilpasse din motor til at give vibrationer i forskellige mønstre eller styrke, baseret på forskellige værdier, trykføleren registrerer (dvs. let kontakt vs. stærk kontakt)

*Jeg antager en grundlæggende viden om brug af Arduino IDE, installation af biblioteker og upload af kode til en tilsluttet mikro-controller. Hvis du er helt ny på Arduino, kan du bruge disse selvstudier til at komme i gang.

1. Download og installer Adafruit DRV -filer i den samme mappe, som din Arduino -skitse er i.

2. Download, upload og kør LevitateVelostatCode -programmet på din mikrokontroller (sørg for at indstille variablerne korrekt baseret på følsomheden af din velostatsensor. Du kan kalibrere CLIFF & CUTOFF -værdierne ved at åbne Arduino Serial Monitor og teste forskellige trykgrænser for den brugstilfælde, du har brug for.

3. Tillykke! Du har allerede en fungerende protese. Resten er alt æstetik og beslutter, hvordan du vil vedhæfte det til brugerens krop.

Trin 4: Formfaktor + æstetik

Det er op til dig, hvor og hvordan du vil have Moonwalk knyttet til brugerens krop. Min oprindeligt forestillede brugstilfælde var til registrering af fodkontakt, så tryksensoren naturligt passede ind under brugerens hæl.

For at holde elektronikken pæn og kompakt designede og fremstillede jeg en husbeholder (3D-printet og silikonestøbt for at muliggøre fleksibel kontakt med huden). Jeg har vedhæftet 3D -filerne (i. STL -formular) til denne Instructable.

*For maksimal vibration er det vigtigt, at LRA-motoren (som fungerer ved hurtigt at generere vibrationer fra en z-aksefjeder) er i direkte kontakt med overflader, der berører huden (i modsætning til en ERM, hvis en LRA flyder i luften, vil din huden vil ikke mærke noget). For mit design er det mest fornuftigt at vedhæfte elektronikken via en nanosugning / gelpude (disse kan let købes online og er gode til flere anvendelser på huden), medicinsk tape eller et kludærme. I teorien kan du også smide Moonwalk under elastik / spandex tøj, hvis det bruges på benet eller låret.

Trin 5: Den færdige protese

Jeg håber, at mit design tjener noget for dig. Du er velkommen til at tilpasse, remixe og forbedre dette basedesign - og vær ikke en fremmed! Jeg kan kontaktes via mit websted (www.akshaydinakar.com/home).