„Moonwalk“: „Haptic Feedback“protezavimas: 5 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Apibūdinimas:

„Moonwalk“yra slėgiui jautrus protezavimo įtaisas asmenims, kurių lytėjimo jutimas yra sutrikęs (į neuropatiją panašūs simptomai). „Moonwalk“buvo skirtas padėti asmenims gauti naudingų haptinių atsiliepimų, kai jų kojos liečiasi su žeme, kad jie galėtų pagerinti pusiausvyrą ir judumą.

Sukūrė ir padarė atvirojo kodo kūrėjas Akshay Dinakar.

Norėdami pamatyti daugiau projektų ir kūrinių, apsilankykite ne pelno siekiančioje „Akshay Dinakar Design“dizaino studijoje www.akshaydinakar.com/lab.

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

Šis protezavimo įtaisas naudoja velostato jutiklį (pritvirtintą medicininiu sukibimu, nusiurbimu ar audinio įvorę prie bet kurios atitinkamos kūno dalies), kad nuskaitytų slėgio vertes per analoginius kaiščius atitinkamame mikrovaldiklyje. Kai slėgio vertė pasiekia tam tikrą ribą, įjungiamas nurodytas haptinis signalas, įspėjantis vartotoją, kad jis liečiasi su paviršiumi.

Mano ketinimas:

Šio projekto tikslas yra sukurti nebrangų protezavimo prietaisą, kuris padidintų bet kurio asmens, kurio kūno dalis yra nutirpusi, nepriklausomybę ir mobilumą. Turiu asmeninės patirties su šeimos nariais, kurie patiria šią būklę, ir norėjau sukurti prieinamą sprendimą, kurį kiti, turintys ribotą inžinerinę patirtį, galėtų surinkti patys. Dėl simptomų individualizavimo ir elektroninių komponentų prieinamumo įvairovės sunku sukurti prietaisą, tinkantį įvairiems naudojimo atvejams. Tačiau didžiuojuosi galėdamas išleisti „Moonwalk“kaip tirpalą, kurį galima naudoti bet kuriai galūnei / pažeistai kūno daliai, suderinamą su daugybe formų veiksnių (atsižvelgiant į tai, kas tinkamiausia vartotojui).

Dėl estetinių sumetimų ir profesionalios apdailos šiam protezui surinkti naudojau pažangias gamybos technologijas, įskaitant litavimą, silikono liejimą / liejimą ir 3D spausdinimą. Tačiau paprastos kepimo lentos ir siuvimo būdai taip pat atlieka darbą.

Fonas:

Vien JAV beveik 20 milijonų žmonių patiria neuropatiją - dažną šalutinį diabeto, vėžio ir artrito poveikį. Neuropatijai būdingas aštrus dilgčiojimas ir rankų ir kojų tirpimas, atsirandantis dėl periferinių nervų pažeidimo. Neuropatija gali smarkiai apriboti judrumą, sumažindama prisilietimo pojūtį, kai pėdos ir rankos liečiasi su paviršiais. Tačiau haptinis grįžtamasis ryšys vibracijų pavidalu nepažeistose kūno dalyse gali padėti asmenims atgauti pusiausvyrą, susiejant grįžtamąjį ryšį su savo proprioceptine prasme.

Prekės

Techninė įranga:

Mikrovaldiklis (bet kuri iš šių parinkčių yra fantastiška):

• „Arduino Nano“(mažiausias fizinis dydis, tačiau norint įkrauti reikės papildomų elektroninių komponentų)
• „Adafruit Flora“(nešiojamųjų kompiuterių pasirinkimo galimybė-plokščia forma ir įmontuotas įkrovimas)
• „Adafruit Feather“(turi daug papildomų funkcijų, kurių mums nereikia, tačiau labai kompaktiška forma ir įmontuotas įkrovimas). Šiai pamokai naudosiu šį mikrovaldiklį. Yra įvairių „Feather“versijų, išskyrus „BLE“, „WiFi“ar radijo lustus - viskas veiks.

Vibracinis variklis:

LRA vibracinis variklis (gali suteikti daug labiau pritaikomą vibracijos pojūtį nei įprastas ERM vibracijos variklis). Veiks bet koks vibracijos variklis, kurio įtampa mažesnė nei 3 V, tačiau LRA bus stipriausia vibracijos išvestis (mes naudojame supaprastintą grandinę, kad mūsų dizainas būtų kompaktiškas [maitina vibracinį variklį tiesiai iš mikrovaldiklio), o dauguma mikrovaldiklių turi srovės apribojimus, kurie silpnina vibraciją stiprumas)

„Haptic“variklio tvarkyklė (sąsajos tarp mikrovaldiklio ir vibracinio variklio):

„Haptic“variklio tvarkyklė (DRV2605L, pagaminta „Texas Instruments“ir platinama „Adafruit“)

Li -Po baterija (kažkur 100–350 mAh diapazone turėtų būti daug):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silikoninė viela:

22 AWG silikoninė viela (silikonas užtikrina puikų vielos lankstumo ir ilgaamžiškumo balansą ir yra tinkamo skersmens)

Velostato medžiaga

„Velostat“yra slėgiui jautrus paviršius, kuris suspaudžiant ar suspaudus keičia atsparumą

Juosta

Bet kokio tipo juosta (ortakinė, škotiška, elektrinė, maskuojanti) tiks, bet aš rekomenduoju skaidrią ir plačią pakavimo juostą. Jums reikės tik kelių centimetrų

Aliuminio folija (jums reikia tik apie 4x4 colių)

Programinė įranga:

„Arduino IDE“(nemokamai atsisiųsti ir naudoti, gaukite čia ir įdiekite:

1 žingsnis: Surinkite „Velostat“slėgio jutiklį

Tai paprasčiau, nei manote.

1. Supjaustykite savo velostatą pagal dydį. Naudokite žirkles, kad apkarpytumėte velostato lapą iki bet kokio dydžio jutiklio, kurio jums reikia. Jei naudojate šį protezą kojoms, padarykite jį kulno dydžio. Jei naudojate rankoms ar pirštams, padarykite tai bet kokios odos, kurią norite padengti, matmenis.

2. Supjaustykite aliuminio foliją pagal dydį. Iškirpkite du aliuminio folijos gabalus, kurių matmenys yra tokie patys kaip velostato gabalas. Uždenkite velostato gabalėlį tarp dviejų aliuminio folijos dalių. Aliuminio folija tarnauja kaip laidus sluoksnis.

3. Juostos silikoninė viela. Naudodami vielos nuėmiklius, nuimkite 3-4 colius atviros vielos iš dviejų silikoninių vielos segmentų. Kiekvienos silikoninės vielos ilgis turėtų būti apie 15–20 colių (kad jos būtų vienodos estetiškai patrauklios). Kiekvieną nuplėštą laidą padėkite ant aliuminio folijos pusės. Bendras sumuštinių užsakymas yra toks: nuimta viela 1, aliuminio folija 1, velostatas, aliuminio folija 2, nuimta viela 2.

4. Surinkite juostos slėgio jutiklį kartu. Užklijuokite savo komponentinį sumuštinį ir nupjaukite visus papildomus juostos gabalus, kad viskas būtų tvirtai pritvirtinta. Labai svarbu, kad velostatas švariai atskirtų abi sumuštinio puses (apačioje esanti aliuminio folija / nuimta viela NEGALI liestis su jokia viršutinio laidžiojo paviršiaus dalimi).

5. Pinti vielą. Norėdami išlaikyti laidus kartu ir neleisti jiems svyruoti vartotojui judant, sukite juos kartu (kuo daugiau kartų suksitės, tuo jie bus saugesni). Tai taip pat yra gera elektrotechnikos praktika, kai turite ilgų laidų grupes, einančias nuo to paties pradžios iki pabaigos.

2 veiksmas: prijunkite komponentus

Laikas prijungti visas atskiras elektronines dalis. Lituodavau visus savo komponentus, bet taip pat galima naudoti duonos lentą (tokiu atveju vis tiek reikės lituoti kaiščius ant mikrovaldiklio ir haptinio variklio tvarkyklės).

1. Lydmetalio slėgio jutiklis prie mikrovaldiklio: Prijunkite vieną iš savo pintų laidų prie analoginio (A1) mikrovaldiklio kaiščio, o likusį pintą laidą prijunkite prie įžeminimo (Gnd) kaiščio.

2. Lituoti vibracinį variklį prie „Haptic“variklio tvarkyklės: Lituokite raudoną (teigiamą) vibracinio variklio laidą prie + gnybto ir mėlyną (įžeminimo) laidą prie haptinio variklio tvarkyklės - gnybto.

3. Lituoti „Haptic“variklio tvarkyklę prie mikrovaldiklio: Naudodami du labai trumpus silikono vielos segmentus, lituokite šiuos kaiščio variklio tvarkyklės kaiščius prie mikrovaldiklio.

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

*„Haptic“variklio tvarkyklė „I2C“tipo ryšio sistemai „kalba“su mikrovaldikliu. SCL ir SDA kaiščiai yra šio ryšio būdai.

4. Prijunkite akumuliatorių: prijunkite „Li-Po“akumuliatoriaus antraštę prie mikrovaldiklio. Jei jūsų baterija yra įkrauta, ji gali užsidegti mikrokontrolerio šviesos diodu. Pirmieji gyvenimo ženklai!:)

3 žingsnis: Elektronikos programavimas

Jei dar neatsisiuntėte ir neįdiegėte „Arduino IDE“, dabar pats laikas. Man patinka „pseudokoduoti“savo programą žodžiais prieš pradedant koduoti, kad jau suprasčiau, ką turiu parašyti C ++.

Štai ką daro mūsų protezavimo programinės įrangos kodas:

Daug kartų per sekundę mūsų mikrovaldiklis skaito jutiklio aptinkamą slėgio vertę, o jei slėgio vertė yra pakankamai stipri (kitaip tariant, jutiklis liečiasi su žeme), mes suaktyviname bet kokį norimą vibracijos modelį. haptinio variklio vairuotojas. Pridedamas kodas atlieka šią pagrindinę funkciją, tačiau variklį lengva pritaikyti taip, kad jis gautų įvairių modelių ar stiprumo vibracijas, atsižvelgiant į skirtingas slėgio jutiklio aptiktas vertes (t. Y. Lengvas ir stiprus kontaktas)

*Manau, kad turite pagrindinių žinių apie „Arduino IDE“naudojimą, bibliotekų diegimą ir kodo įkėlimą į prijungtą mikrovaldiklį. Jei esate visiškai naujas „Arduino“, naudokite šias pamokas, kad pasiektumėte greitį.

1. Atsisiųskite ir įdiekite „Adafruit DRV“failus tame pačiame aplanke, kuriame yra jūsų „Arduino“eskizas.

2. Atsisiųskite, įkelkite ir paleiskite „LevitateVelostatCode“programą savo mikrovaldiklyje (būtinai tinkamai nustatykite kintamuosius pagal savo velostato jutiklio jautrumą. Galite sukalibruoti CLIFF ir CUTOFF vertes atidarę „Arduino“serijos monitorių ir išbandę skirtingus slėgio ribos, atsižvelgiant į jums reikalingą naudojimo atvejį.

3. Sveikinu! Jūs jau turite veikiantį protezavimo prietaisą. Visa kita yra estetika ir sprendimas, kaip norite jį pritvirtinti prie vartotojo kūno.

4 žingsnis: formos faktorius + estetika

Kur ir kaip norite, kad „Moonwalk“būtų pritvirtintas prie vartotojo kūno, priklauso nuo jūsų. Mano iš pradžių numatytas naudojimo atvejis buvo skirtas pėdų kontaktui aptikti, todėl slėgio jutiklis natūraliai tilpo po vartotojo kulnu.

Kad elektronika būtų graži ir kompaktiška, suprojektavau ir pagaminau korpuso talpyklą (atspausdintą 3D formatu ir suformuotą silikonu, kad būtų galima lanksčiai liestis su oda). Prie šios instrukcijos pridėjau 3D failus (. STL formoje).

*Siekiant maksimalios vibracijos, svarbu, kad LRA variklis (kuris veikia greitai sukeldamas vibracijas iš z ašies spyruoklės) tiesiogiai liečiasi su paviršiais, liečiančiais odą (kitaip nei ERM, jei LRA plaukioja ore, jūsų oda nieko nejaučia). Kalbant apie mano dizainą, prasmingiausia elektroniką pritvirtinti per nusiurbimo / gelio pagalvėlę (jas galima lengvai nusipirkti internetu ir puikiai tinka daugkartiniam naudojimui ant odos), medicininę juostelę ar audinio rankovę. Teoriškai taip pat galite paslysti „Moonwalk“po elastingais / elastaniniais drabužiais, jei jis naudojamas ant kojos ar šlaunies.

5 žingsnis: baigtas protezavimas

Tikiuosi, kad mano dizainas jums bus naudingas. Nesivaržykite pataisyti, remiksuoti ir patobulinti šį pagrindinį dizainą - ir nebūk svetimas! Su manimi galima susisiekti per mano svetainę (www.akshaydinakar.com/home).