Moonwalk: A Haptic Feedback Պրոթեզավորում `5 քայլ

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Նկարագրություն:

Moonwalk- ը ճնշման նկատմամբ զգայուն պրոթեզավորման սարք է ՝ շոշափելի շոշափման խանգարում ունեցող մարդկանց համար (նյարդաբանության նման ախտանիշներ): Moonwalk- ը նախագծված էր օգնելու անհատներին ստանալ օգտակար հապտիկ արձագանքներ, երբ նրանց ոտքերը շփվում են գետնի հետ, որպեսզի նրանք կարողանան բարելավել հավասարակշռությունը + շարժունակությունը:

Նախագծված և բաց կոդով ՝ Աքշայ Դինաքար:

Այլ նախագծեր և ստեղծագործություններ տեսնելու համար այցելեք www.akshaydinakar.com/lab, Akshay Dinakar Design- ի ոչ առևտրային դիզայնի ստուդիան:

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

Այս պրոթեզավորման սարքն օգտագործում է velostat սենսոր (որը կցված է մարմնի ցանկացած համապատասխան հատվածի բժշկական սոսնձման, նանոսակցիայի կամ գործվածքների թևի միջոցով) `համապատասխան միկրոկոնտրոլերի անալոգային կապանքների միջոցով ճնշման արժեքներ կարդալու համար: Theնշման արժեքը որոշակի սահմանաչափին հասնելուց հետո ակտիվանում է նշված հապտիկ ազդանշանը, որն օգտվողին զգուշացնում է, որ նա շփվել է մակերեսի հետ:

Իմ մտադրությունը

Այս նախագծի նպատակն է ստեղծել էժան պրոթեզավորման սարք `բարձրացնելու մարմնի մի մասում թմրած ցանկացած անհատի անկախությունը + շարժունակությունը: Ես անձնական փորձ ունեմ ընտանիքի անդամների հետ, ովքեր զգում են այս վիճակը, և ցանկանում էի ստեղծել մատչելի լուծում, որը սահմանափակ ինժեներական փորձ ունեցող մյուսները կարող էին ինքնուրույն հավաքել: Ախտանիշների անհատականացման և էլեկտրոնային բաղադրիչների առկայության բազմազանության պատճառով դժվար է ստեղծել սարք, որն աշխատում է մի շարք օգտագործման դեպքերում: Այնուամենայնիվ, ես հպարտ եմ, որ Moonwalk- ը թողարկում եմ որպես լուծում, որը կարող է օգտագործվել մարմնի ցանկացած վերջույթի / վնասված հատվածի վրա ՝ համատեղելի ձևի գործոնների զանգվածի հետ (որն առավել հարմար է օգտագործողի համար):

Էսթետիկ պրոթեզը հավաքելու համար ես օգտագործել եմ պատրաստման առաջադեմ տեխնիկա, ներառյալ զոդում, սիլիկոնային ձևավորում / ձուլում և 3D տպագրություն: Այնուամենայնիվ, հացաթխման և կարի պարզ տեխնիկան նույնպես կատարում է աշխատանքը:

Նախապատմություն:

Գրեթե 20 միլիոն մարդ միայն ԱՄՆ -ում է ունենում նյարդաբանություն ՝ շաքարախտի, քաղցկեղի և արթրիտի ընդհանուր կողմնակի ազդեցություն: Նյարդաբանությունը բնութագրվում է անհատների ձեռքերի և ոտքերի կտրուկ ցավերի և թմրության խառնուրդով ՝ ծայրամասային նյարդերի վնասման արդյունքում: Նյարդաբանությունը կարող է խիստ սահմանափակել շարժունակությունը `նվազեցնելով հպման զգացողությունները, երբ ոտքերը և ձեռքերը շփվում են մակերեսների հետ: Այնուամենայնիվ, մարմնի անփոփոխ մասերի վրա թրթռումների տեսքով հապտիկ հետադարձ կապը կարող է օգնել անհատներին վերականգնել հավասարակշռությունը `հետադարձ կապը կապելով նրանց սեփականատիրական ընկալման հետ:

Պարագաներ

Սարքավորումներ:

Միկրոհսկիչ (ստորև նշված տարբերակներից որևէ մեկը ֆանտաստիկ է).

• Arduino Nano (ամենափոքր ֆիզիկական չափը, բայց լիցքավորման համար կպահանջի լրացուցիչ էլեկտրոնային բաղադրիչներ)
• Adafruit Flora (կրելու համար օգտագործվող տարբերակ ՝ հարթ ձևի գործոն և ներկառուցված լիցքավորում)
• Adafruit փետուր (ունի բազմաթիվ լրացուցիչ հնարավորություններ, որոնք մեզ պետք չեն, բայց շատ կոմպակտ ձև և ներկառուցված լիցքավորում): Այս ձեռնարկի համար ես կօգտագործեմ այս միկրոկառավարիչը: Կան փետուրի տարբեր տարբերակներ, քան ներառում են BLE, WiFi կամ Ռադիո չիպսեր. Ցանկացածը կաշխատի:

Թրթռումային շարժիչ.

LRA թրթռման շարժիչ (ունակ է ապահովել շատ ավելի հարմարեցված թրթռման սենսացիա, քան սովորական ERM թրթռիչ շարժիչը): 3V- ից ցածր ցանկացած թրթռիչային շարժիչ կաշխատի, բայց LRA- ն կլինի ամենաուժեղ թրթռման ելքը (մենք օգտագործում ենք պարզեցված միացում `մեր դիզայնը կոմպակտ դարձնելու համար [թրթռման շարժիչը սնուցվում է անմիջապես միկրոկառավարիչից), և միկրոկոնտրոլերների մեծամասնությունն ունի ընթացիկ սահմանափակումներ, որոնք թուլացնում են թրթռումը: ուժ)

Haptic Motor Driver (միկրոկոնտրոլերի և թրթռման շարժիչի միջև ինտերֆեյս).

Haptic Motor Driver (DRV2605L, արտադրվում է Texas Instruments- ի կողմից և տարածվում է Adafruit- ի կողմից):

Li -Po մարտկոց (100 - 350 mAh տիրույթում ինչ -որ տեղ պետք է լինի շատ).

3.7 վ, 350 մԱ / ժ Li-Po

Սիլիկոնային մետաղալար:

22 AWG սիլիկոնե մետաղալար (սիլիկոնը ապահովում է լարերի ճկունության և ամրության մեծ հավասարակշռություն և ճիշտ տրամագիծ է):

Velostat նյութ

Velostat- ը ճնշման նկատմամբ զգայուն մակերես է, որը սեղմման կամ սեղմման ժամանակ փոխում է դիմադրությունը:

Կասետային

Typeանկացած տեսակի ժապավեն (ծորան, շոտլանդական, էլեկտրական, դիմակավորող) կաշխատի, բայց ես խորհուրդ եմ տալիս թափանցիկ և լայն փաթեթավորման ժապավեն: Ձեզ հարկավոր կլինի ընդամենը մի քանի սանտիմետր:

Ալյումինե փայլաթիթեղ (Ձեզ անհրաժեշտ է ընդամենը մոտ 4x4 դյույմ)

Softwareրագրային ապահովում:

Arduino IDE (Անվճար ներբեռնում և օգտագործում, ստացեք այստեղ և տեղադրեք ՝

Քայլ 1. Հավաքեք ձեր Velostat ճնշման տվիչը

Դա ավելի պարզ է, քան կարծում եք:

1. Կտրեք ձեր վելոստատը չափի մեջ: Օգտագործեք մի զույգ մկրատ, որպեսզի կտրեք ձեր velostat թերթիկը ցանկացած չափի սենսորով, որն անհրաժեշտ է: Եթե դուք այս պրոթեզն օգտագործում եք ոտքերի համար, դարձրեք այն գարշապարի չափ: Եթե այն օգտագործում եք ձեռքերի կամ մատների համար, դարձրեք այն այն չափսերը, ինչ մաշկը ցանկանում եք ծածկել:

2. Կտրեք ալյումինե փայլաթիթեղը չափի մեջ: Կտրեք ալյումինե փայլաթիթեղի երկու կտոր նույն չափսերին, ինչ վելոստատի կտորը: Սենդվիչ տվեք վելոստատի կտորը երկու կտոր ալյումինե փայլաթիթեղի միջև: Ալյումինե փայլաթիթեղը ծառայում է որպես հաղորդիչ շերտ:

3. Շերտի սիլիկոնե մետաղալար: Օգտագործելով մետաղալարեր, հեռացրեք 3-4 սանտիմետր բաց մետաղալարով երկու սիլիկոնե մետաղալարերի հատվածներից: Յուրաքանչյուր սիլիկոնե մետաղալար պետք է ունենա մոտ 15-20 դյույմ երկարություն (դրանք երկուսն էլ նույն երկարությունը դարձնեն գեղագիտական գրավչության համար): Տեղադրեք յուրաքանչյուր հանված մետաղալար ալյումինե փայլաթիթեղի մի կողմում: Սենդվիչների ընդհանուր պատվերն այժմ հետևյալն է ՝ հեռացված մետաղալար 1, ալյումինե փայլաթիթեղ 1, վելոստատ, ալյումինե փայլաթիթեղ 2, գծավորված մետաղալար 2:

4. Կասետային ճնշման տվիչ միասին: Կպչեք ձեր բաղադրամասի սենդվիչի վրա և կտրեք ժապավենի ցանկացած լրացուցիչ կտոր, այնպես, որ ամեն ինչ ապահով կերպով ամրացված լինի միասին: Չափազանց կարևոր է, որ վելոստատը մաքուր կերպով տարանջատի սենդվիչի երկու կողմերը (ներքևի ալյումինե փայլաթիթեղը / պոկված մետաղալարը չպետք է շփվի վերին հաղորդիչ մակերևույթի որևէ մասի հետ):

5. հյուսել մետաղալարը: Հաղորդալարերը միասին պահելու և օգտագործողի շարժման ընթացքում դրանք շրջվելուց խուսափելու համար դրանք միասին պտտեք (որքան շատ պտտվեք, այնքան ավելի ապահով կլինեն դրանք): Սա նաև էլեկտրատեխնիկայի լավ պրակտիկա է, երբ ունեք երկար լարերի խմբեր, որոնք անցնում են միևնույն սկզբից մինչև վերջ:

Քայլ 2: Միացրեք ձեր բաղադրիչները

Timeամանակն է միացնել ձեր բոլոր անհատական էլեկտրոնային մասերը: Ես միացրեցի բոլոր բաղադրամասերս միասին, բայց հնարավոր է նաև օգտագործել տախտակ (այդ դեպքում, այնուամենայնիվ, կպահանջվի կապակցիչներ կպցնել ձեր միկրոկոնտրոլերի և շարժիչային շարժիչի վարորդի վրա):

1. Sոդման ճնշման տվիչ միկրոկառավարիչին. Ձեր հյուսած լարերից մեկը միացրեք ձեր միկրոկառավարիչի անալոգային (A1) քորոցին, իսկ մնացած հյուսած մետաղալարը միացրեք գետնին (Gnd) քորոցին:

2. oldոդման թրթռման շարժիչ Haptic Motor Driver- ին. Ձեր թրթռման շարժիչի կարմիր (դրական) մետաղալարը միացրեք + տերմինալին, իսկ կապույտ (գետնին) մետաղալարը `հապտիկ շարժիչի վարորդի տերմինալին:

3. Solder Haptic Motor Driver to Microcontroller: Օգտագործելով երկու շատ կարճ սիլիկոնային մետաղալարերի հատվածներ ՝ միացրեք միկրոկոնտրոլերին շարժական շարժիչի վարորդի հետևյալ կապում:

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

*Հեպտիկ շարժիչի վարորդը միկրոկոնտրոլերի հետ «խոսելու» համար օգտագործում է I2C կոչվող հաղորդակցության համակարգ: SCL և SDA կապումներն այս հաղորդակցության կայացման ուղիներն են:

4. Միացրեք մարտկոցը. Միացրեք Li-Po մարտկոցի վերնագիրը միկրոկոնտրոլերին: Եթե մարտկոցը մի փոքր լիցքավորված է, այն կարող է միկրոկոնտրոլերի վրա LED լուսավորել: Կյանքի առաջին նշանները!:)

Քայլ 3. Ձեր էլեկտրոնիկայի ծրագրավորումը

Եթե դեռ չեք ներբեռնել և տեղադրել Arduino IDE- ն, ապա այժմ ժամանակն է: Ես սիրում եմ կոդավորումը սկսելուց առաջ բառերով «կեղծ ծածկագրել» իմ ծրագիրը, այնպես որ ես արդեն հասկացել եմ, թե ինչ է պետք գրել C ++ - ում:

Ահա թե ինչ է անում մեր պրոթեզավորման ծրագրային ծածկագիրը.

Շատ հաճախ վայրկյանում մեր միկրոկառավարիչը կարդում է ճնշման արժեքը, որը սենսորը հայտնաբերում է, և եթե ճնշման արժեքը բավականաչափ ուժեղ է (այլ կերպ ասած, սենսորը շփվում է գետնի հետ), մենք ակտիվացնում ենք թրթռման ցանկացած ձև, որը մենք ցանկանում ենք հեպտիկ շարժիչի վարորդ: Կցված ծածկագիրը կատարում է այս հիմնական գործառույթը, բայց հեշտ է անհատականացնել ձեր շարժիչը `ապահովելու համար տարբեր նախշերի կամ ուժի թրթռանքներ` հիմնված ճնշման սենսորի հայտնաբերած տարբեր արժեքների վրա (այսինքն `լուսային շփում ընդդեմ ուժեղ շփման):

*Ես ենթադրում եմ Arduino IDE- ի օգտագործման, գրադարանների տեղադրման և միացված միկրոկառավարիչի վրա բեռնման հիմնական գիտելիքներ: Եթե դուք սկսնակ եք Arduino- ում, արագության արագացման համար օգտագործեք այս ձեռնարկները:

1. Ներբեռնեք և տեղադրեք Adafruit DRV ֆայլերը նույն թղթապանակում, որում գտնվում է ձեր Arduino էսքիզը:

2. Ներբեռնեք, վերբեռնեք և գործարկեք LevitateVelostatCode ծրագիրը ձեր միկրոկառավարիչի վրա (համոզվեք, որ փոփոխականները համապատասխանաբար սահմանեք ՝ ձեր velostat սենսորի զգայունության հիման վրա: Կարող եք ճշգրտել CLIFF և CUTOFF արժեքները ՝ բացելով Arduino սերիալային մոնիտորը և փորձարկելով տարբեր ճնշման սահմանները, օգտագործման դեպքում, որն անհրաժեշտ է:

3. Շնորհավոր! Դուք արդեն ունեք գործող պրոթեզավորման սարք: Մնացածը գեղագիտություն է և որոշում, թե ինչպես եք ցանկանում այն կցել օգտագործողի մարմնին:

Քայլ 4. Ձևի գործոն + գեղագիտություն

Ձեզանից է կախված, թե որտեղ և ինչպես կցանկանաք, որ Moonwalk- ը կցվի օգտվողի մարմնին: Իմ ի սկզբանե պատկերացրած օգտագործման պատյանը ոտքերի շփման հայտնաբերման համար էր, ուստի ճնշման տվիչը բնականաբար տեղավորվում էր օգտագործողի գարշապարի տակ:

Էլեկտրոնիկան գեղեցիկ և կոմպակտ պահելու համար ես նախագծեցի և պատրաստեցի բնակարանային տարա (եռաչափ տպված և սիլիկոնային կաղապարով ՝ մաշկի հետ ճկուն շփում ապահովելու համար): Ես կցել եմ 3D ֆայլերը (. STL տեսքով) այս Ուղեցույցին:

*Առավելագույն թրթռման համար կարևոր է, որ LRA շարժիչը (որը գործում է z- առանցքի աղբյուրից արագ թրթռումներ առաջացնելով) անմիջական շփման մեջ լինի մաշկին դիպչող մակերեսների հետ (ի տարբերություն ERM- ի, եթե LRA- ն լողում է օդում, ձեր մաշկը ոչինչ չի զգա) Իմ դիզայնի համար առավել իմաստալից է էլեկտրոնիկայի կցումը նանոսակցիայի / գել բարձիկի միջոցով (դրանք կարելի է հեշտությամբ ձեռք բերել առցանց և հիանալի են մաշկի վրա բազմակի օգտագործման համար), բժշկական ժապավենով կամ կտորի թևով: Տեսականորեն, դուք կարող եք նաև Moonwalk- ը սայթաքել առաձգական / սպանդեքս հագուստի տակ, եթե այն օգտագործվում է ոտքի կամ ազդրի վրա:

Քայլ 5: Ավարտված պրոթեզավորում:

Հուսով եմ, որ իմ դիզայնը օգտակար կլինի ձեզ համար: Խնդրում ենք ազատ զգալ փոփոխել, վերափոխել և կատարելագործել այս հիմնական դիզայնը, և մի՛ եղիր օտար: Ինձ հետ կարող են կապ հաստատել իմ վեբ կայքի միջոցով (www.akshaydinakar.com/home):