Moonwalk: Dokunsal Geri Bildirim Protezi: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Açıklama:

Moonwalk, dokunma duyusu bozulmuş (nöropati benzeri semptomlar) olan bireyler için basınca duyarlı bir protez cihazıdır. Moonwalk, bireylerin ayakları zeminle temas ettiğinde, denge + hareketliliği geliştirebilmeleri için yararlı dokunsal geri bildirim almalarına yardımcı olmak için tasarlanmıştır.

Akshay Dinakar tarafından tasarlanmış ve açık kaynaklı hale getirilmiştir.

Daha fazla proje ve kreasyon görmek için Akshay Dinakar Design'ın kar amacı gütmeyen tasarım stüdyosu www.akshaydinakar.com/lab'ı ziyaret edin.

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

Bu protez cihaz, uygun bir mikro denetleyici üzerindeki analog pimler aracılığıyla basınç değerlerini okumak için bir velostat sensörü (tıbbi yapışma, nano-emme veya vücudun ilgili herhangi bir yerine kumaş kılıf ile takılı) kullanır. Basınç değeri belirli bir sınıra ulaştığında, kullanıcıyı bir yüzeyle temas kurduklarını bildiren belirli bir dokunsal sinyal etkinleştirilir.

Niyetim:

Bu projenin amacı, vücudunun bir bölümünde uyuşması olan herhangi bir bireyin bağımsızlığını + hareketliliğini artırmak için düşük maliyetli bir protez cihaz oluşturmaktır. Bu durumu yaşayan aile üyeleriyle kişisel deneyimim var ve sınırlı mühendislik deneyimine sahip diğer kişilerin kendi başlarına bir araya getirebilecekleri erişilebilir bir çözüm yaratmak istedim. Elektronik bileşenlerin mevcudiyetindeki semptomların ve çeşitliliğin bireyselleştirilmesi nedeniyle, çeşitli kullanım durumları için çalışan bir cihaz oluşturmak zordur. Bununla birlikte, Moonwalk'u vücudun herhangi bir uzvunda / etkilenen kısmında kullanılabilecek, bir dizi form faktörüyle uyumlu (hangisi kullanıcı için en uygunsa) bir çözüm olarak sunmaktan gurur duyuyorum.

Estetik kaygılar ve profesyonel sonuç için, bu protezi monte etmek için lehimleme, silikon kalıplama / döküm ve 3D baskı dahil olmak üzere gelişmiş üretim teknikleri kullandım. Bununla birlikte, basit breadboarding ve dikiş teknikleri de işi halleder.

Arka plan:

Yalnızca ABD'de yaklaşık 20 milyon kişi, diyabet, kanser ve artritin ortak bir yan etkisi olan nöropatiyi deneyimliyor. Nöropati, periferik sinir hasarının bir sonucu olarak bireylerin ellerinde ve ayaklarında keskin karıncalanma ağrıları ve uyuşma karışımı ile karakterizedir. Nöropati, ayaklar ve eller yüzeylerle temas ettiğinde dokunma hissini azaltarak hareketliliği ciddi şekilde sınırlayabilir. Bununla birlikte, vücudun etkilenmeyen kısımlarındaki titreşimler şeklinde dokunsal geri bildirim, geri bildirimi proprioseptif duyularına bağlayarak bireylerin dengeyi yeniden kazanmalarına yardımcı olabilir.

Gereçler

Donanım:

Mikrodenetleyici (aşağıdaki seçeneklerden herhangi biri harikadır):

• Arduino Nano (en küçük fiziksel boyut, ancak şarj için ekstra elektronik bileşenler gerektirir)
• Adafruit Flora (giyilebilir cihazlar için tercih edilen seçenek - düz form faktörü ve dahili şarj özelliği)
• Adafruit Feather (ihtiyacımız olmayan birçok ekstra özelliğe sahiptir, ancak çok kompakt bir form ve dahili şarj). Bu ders için bu mikrodenetleyiciyi kullanacağım. Feather'ın BLE, WiFi veya Radyo çiplerini içermekten farklı sürümleri vardır - herhangi biri işe yarar.

Titreşim Motoru:

LRA titreşim motoru (tipik ERM titreşim motorundan çok daha fazla özelleştirilebilir titreşim hissi sağlayabilir). 3V altındaki herhangi bir titreşim motoru çalışır, ancak bir LRA en güçlü titreşim çıkışı olacaktır (tasarımımızı kompakt hale getirmek için basitleştirilmiş bir devre kullanıyoruz [titreşim motorunu doğrudan mikro denetleyiciden çalıştırıyoruz) ve çoğu mikro denetleyicinin titreşimi zayıflatan akım sınırlamaları vardır. kuvvet)

Haptik Motor Sürücüsü (mikrodenetleyici ve titreşim motoru arasındaki arayüzler):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, Texas Instruments tarafından üretilmiştir ve Adafruit tarafından dağıtılmıştır)

Li-Po Pil (100 - 350 mAh aralığında bir yerde bol olmalıdır):

3.7v, 350 mAh Li-Po

Silikon Tel:

22 AWG Silikon Tel (silikon, tel için mükemmel bir esneklik ve dayanıklılık dengesi sağlar ve doğru çaptır)

Velostat Malzemesi

Velostat, sıkıştırıldığında veya sıkıştırıldığında direnci değiştiren basınca duyarlı bir yüzeydir

Kaset

Her tür bant (kanal, Scotch, elektrik, maskeleme) işe yarar, ancak şeffaf ve geniş bir ambalaj bandı öneririm. Sadece birkaç santime ihtiyacınız olacak

Alüminyum Folyo (Sadece yaklaşık 4x4 inç'e ihtiyacınız var)

Yazılım:

Arduino IDE (İndirmesi ve kullanması ücretsiz, buradan alın ve kurun:

Adım 1: Velostat Basınç Sensörünüzü Birleştirin

Düşündüğünden daha basit.

1. Velostatınızı istediğiniz büyüklükte kesin. Velostat sayfanızı ihtiyacınız olan sensör boyutuna göre kesmek için bir makas kullanın. Bu protezi ayaklarınız için kullanıyorsanız, topuk büyüklüğünde yapın. Eller veya parmaklar için kullanıyorsanız, kaplamak istediğiniz cildin boyutlarına getirin.

2. Alüminyum folyoyu istediğiniz büyüklükte kesin. İki parça alüminyum folyoyu velostat parçasıyla aynı boyutta kesin. Velostat parçasını iki alüminyum folyo parçasının arasına sıkıştırın. Alüminyum folyo iletken bir tabaka görevi görür.

3. Silikon teli soyun. Tel sıyırıcılar kullanarak, iki silikon tel parçasından 3-4 inç açıkta kalan teli soyun. Her bir silikon tel yaklaşık 15-20 inç uzunluğunda olmalıdır (estetik çekicilik için ikisini de aynı uzunlukta yapın). Her soyulmuş teli alüminyum folyonun bir tarafına yerleştirin. Genel sandviç sırası şimdi: soyulmuş tel 1, alüminyum folyo 1, velostat, alüminyum folyo 2, soyulmuş tel 2.

4. Basınç sensörünü birbirine bantlayın. Bileşen sandviçinizin üzerine bantlayın ve fazladan bant parçalarını kesin, böylece her şey güvenli bir şekilde birbirine yapıştırılır. Velostatın sandviçin iki tarafını temiz bir şekilde ayırması son derece önemlidir (alt kısımdaki alüminyum folyo / soyulmuş tel, üst iletken yüzeylerin herhangi bir kısmı ile temas halinde OLMAMALIDIR).

5. Teli örün. Kabloları bir arada tutmak ve kullanıcı hareketi sırasında sallanmalarını önlemek için, birlikte döndürün (ne kadar çok döndürürseniz, o kadar güvenli olurlar). Bu, aynı başlangıç noktasından bitiş noktasına giden uzun kablo gruplarınız olduğunda da iyi bir elektrik mühendisliği uygulamasıdır.

2. Adım: Bileşenlerinizi Bağlayın

Tüm bireysel elektronik parçalarınızı bağlama zamanı. Tüm bileşenlerimi birlikte lehimledim, ancak bir devre tahtası kullanmak da mümkündür (bu durumda, yine de mikro denetleyicinize ve dokunsal motor sürücünüze pim lehimlemeniz gerekecektir).

1. Mikrodenetleyiciye Lehim Basınç Sensörü: Örgülü kablolarınızdan birini mikrodenetleyicinizin Analog (A1) pinine bağlayın ve kalan örgülü kabloyu Toprak (Gnd) pinine lehimleyin.

2. Titreşim Motorunu Haptik Motor Sürücüsüne Lehimleyin: Titreşim motorunuzun kırmızı (pozitif) kablosunu haptik motor sürücüsünün + terminaline ve mavi (toprak) kablosunu - terminaline lehimleyin.

3. Haptik Motor Sürücüsünü Mikrodenetleyiciye Lehimleyin: İki çok kısa silikon tel parçası kullanarak, haptik motor sürücüsündeki aşağıdaki pinleri mikrodenetleyiciye lehimleyin.

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

*Haptik motor sürücüsü, mikrodenetleyiciyle "konuşmak" için I2C adı verilen bir tür iletişim sistemi kullanır. SCL ve SDA pinleri bu iletişimin gerçekleşmesi için yollardır.

4. Pili Bağlayın: Li-Po pil başlığını mikro denetleyiciye takın. Pilinizin biraz şarjı varsa, mikrodenetleyicide bir LED yanabilir. İlk yaşam belirtileri!:)

Adım 3: Elektronik Cihazlarınızı Programlama

Arduino IDE'yi henüz indirip kurmadıysanız, şimdi tam zamanı. Kodlamaya başlamadan önce programımı kelimelerle "sözde kodlamayı" seviyorum, böylece C++'da ne yazmam gerektiğini çoktan anladım.

Protez yazılım kodumuzun yaptığı şudur:

Saniyede birçok kez mikrodenetleyicimiz sensörün algıladığı basınç değerini okur ve eğer basınç değeri yeterince güçlüyse (yani sensör yerle temas halindeyse) cihazdan istediğimiz titreşim modelini devreye sokarız. dokunsal motor sürücüsü. Ekli kod bu temel işlevi yerine getirir, ancak basınç sensörünün algıladığı farklı değerlere (yani hafif temasa karşı güçlü temasa) dayalı olarak motorunuzu çeşitli desen veya güçte titreşimler sağlayacak şekilde özelleştirmek kolaydır

*Arduino IDE'yi kullanma, kitaplıkları kurma ve bağlı bir mikro denetleyiciye kod yükleme konusunda temel bilgilere sahip olduğumu varsayıyorum. Arduino'da tamamen yeniyseniz, hızlanmak için bu öğreticileri kullanın.

1. Adafruit DRV dosyalarını Arduino taslağınızın bulunduğu klasöre indirin ve kurun.

2. LevitateVelostatCode programını mikrodenetleyicinize indirin, yükleyin ve çalıştırın (velostat sensörünüzün hassasiyetine göre değişkenleri uygun şekilde ayarladığınızdan emin olun. Arduino Seri Monitörünü açarak ve farklı testler yaparak CLIFF & CUTOFF değerlerini kalibre edebilirsiniz. İhtiyacınız olan kullanım durumu için basınç sınırları.

3. Tebrikler! Zaten çalışan bir protez cihazınız var. Gerisi tamamen estetik ve onu kullanıcının vücuduna nasıl takmak istediğinize karar vermek.

Adım 4: Form Faktörü + Estetik

Moonwalk'un kullanıcının vücuduna nereye ve nasıl bağlanmasını istediğiniz size kalmış. Başlangıçta öngörülen kullanım durumum ayak teması tespiti içindi, bu nedenle basınç sensörü doğal olarak kullanıcının topuğunun altına sığar.

Elektroniği güzel ve kompakt tutmak için bir muhafaza kabı tasarladım ve imal ettim (3D baskılı ve silikon kalıplı, cilt ile esnek temasa izin vermek için). 3B dosyaları (. STL biçiminde) bu Eğitilebilir Dosyaya ekledim.

*Maksimum titreşim için, (bir z ekseni yayından hızla titreşimler üreterek çalışan) LRA motorunun cilde temas eden yüzeylerle doğrudan temas halinde olması önemlidir (ERM'den farklı olarak, bir LRA havada yüzüyorsa, cilt hiçbir şey hissetmez). Benim tasarımım için, elektroniği bir nano-emme / jel ped (bunlar çevrimiçi olarak kolayca satın alınabilir ve cilt üzerinde birden fazla kullanım için harika), tıbbi bant veya bir bez kılıf aracılığıyla takmak en mantıklısı. Teorik olarak, Moonwalk'u bacak veya uylukta kullanılıyorsa elastik / spandeks giysilerin altına da koyabilirsiniz.

Adım 5: Bitmiş Protez

Umarım tasarımım sizin için bir miktar fayda sağlar. Lütfen bu temel tasarımı değiştirmekten, yeniden düzenlemekten ve geliştirmekten çekinmeyin - ve yabancı olmayın! Web sitem (www.akshaydinakar.com/home) üzerinden benimle iletişime geçilebilir.