Moonwalk: Haptic კავშირი პროთეზირება: 5 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

აღწერა:

Moonwalk არის ზეწოლისადმი მგრძნობიარე პროთეზირების მოწყობილობა შეზღუდული ტაქტილური მგრძნობელობის მქონე პირთათვის (ნეიროპათიის მსგავსი სიმპტომები). Moonwalk შეიქმნა იმისთვის, რომ დაეხმაროს ადამიანებს მიიღონ სასარგებლო ჰაპტიკური გამოხმაურება, როდესაც მათი ფეხები მიწასთან შედიან, რათა მათ გააუმჯობესონ წონასწორობა + მობილურობა.

შექმნილია და დამზადებულია ღია წყაროს მიერ აქშაი დინაკარის მიერ.

მეტი პროექტისა და შემოქმედების სანახავად ეწვიეთ www.akshaydinakar.com/lab, Akshay Dinakar Design– ის არაკომერციულ დიზაინის სტუდიას.

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

ეს პროთეზირების მოწყობილობა იყენებს ველოსტატის სენსორს (მიმაგრებულია სამედიცინო გადაბმის, ნანოსაქციის ან ქსოვილის ყდის საშუალებით სხეულის ნებისმიერ შესაბამის ნაწილზე), რათა წაიკითხოს წნევის მნიშვნელობები ანალოგური ქინძისთავებით შესაბამის მიკროკონტროლერზე. მას შემდეგ, რაც წნევის მნიშვნელობა მიაღწევს გარკვეულ ზღვარს, გააქტიურებულია განსაზღვრული ჰაპტიკური სიგნალი, რომელიც აფრთხილებს მომხმარებელს, რომ მათ კონტაქტი აქვთ ზედაპირთან.

ჩემი განზრახვა:

ამ პროექტის მიზანია შექმნას დაბალფასიანი პროთეზირების მოწყობილობა, რათა გაზარდოს დამოუკიდებლობა + მობილურობა ნებისმიერი ადამიანის დაბუჟებული სხეულის ნაწილში. მე მაქვს პირადი გამოცდილება ოჯახის წევრებთან, რომლებიც განიცდიან ამ მდგომარეობას და მინდოდა შემექმნა ხელმისაწვდომი გადაწყვეტა, რომლის შეზღუდული საინჟინრო გამოცდილების მქონე სხვებსაც შეეძლოთ საკუთარი თავის შეკრება. სიმპტომების ინდივიდუალიზაციისა და ელექტრონული კომპონენტის ხელმისაწვდომობის მრავალფეროვნების გამო, ძნელია შექმნას მოწყობილობა, რომელიც მუშაობს სხვადასხვა შემთხვევებში. თუმცა, მე ვამაყობ, რომ გამოვუშვი Moonwalk, როგორც ხსნარი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხეულის ნებისმიერ კიდურზე / დაზარალებულ ნაწილზე, თავსებადია ფორმის ფაქტორების მასივთან (რაც უფრო შესაფერისია მომხმარებლისთვის).

ესთეტიკური თვალსაზრისით და პროფესიონალური დასრულებისთვის, მე გამოვიყენე მოწინავე დამზადების ტექნიკა, მათ შორის შედუღება, სილიკონის ჩამოსხმა / ჩამოსხმა და 3D ბეჭდვა ამ პროთეზის ასაწყობად. ამასთან, პურის დაფის და კერვის მარტივი ტექნიკა ასევე ასრულებს საქმეს.

ფონი:

მხოლოდ აშშ -ში თითქმის 20 მილიონი ადამიანი განიცდის ნეიროპათიას, დიაბეტის, კიბოს და ართრიტის საერთო გვერდით ეფექტს. ნეიროპათიას ახასიათებს მკვეთრი ტკივილისა და დაბუჟების შერევა ცალკეულ პირებსა და ხელებში, პერიფერიული ნერვის დაზიანების შედეგად. ნეიროპათიას შეუძლია მკვეთრად შეზღუდოს მობილურობა შეხების შეგრძნების შემცირებით, როდესაც ფეხები და ხელები ზედაპირთან კონტაქტში მოდის. თუმცა, ჰაპტიკური უკუკავშირი ვიბრაციის სახით სხეულის დაუზიანებელ ნაწილებზე შეიძლება დაეხმაროს ადამიანებს დაიბრუნონ წონასწორობა უკუკავშირის მათ პროპრიოცეპტულ გრძნობასთან დაკავშირების გზით.

მარაგები

აპარატურა:

მიკროკონტროლი (ქვემოთ მოყვანილი რომელიმე ვარიანტი ფანტასტიკურია):

• Arduino Nano (ყველაზე მცირე ფიზიკური ზომა, მაგრამ დასჭირდება დატენვის დამატებითი ელექტრონული კომპონენტები)
• ადაფრუტის ფლორა (გადასატანად გადასატანი ვარიანტი-ბრტყელი ფორმის ფაქტორი და ჩამონტაჟებული დატენვა)
• ადაფრუტის ბუმბული (აქვს უამრავი დამატებითი ფუნქცია, რაც ჩვენ არ გვჭირდება, მაგრამ ძალიან კომპაქტური ფორმა და ჩამონტაჟებული დატენვა). მე გამოვიყენებ ამ მიკროკონტროლერს ამ გაკვეთილისთვის. არსებობს ბუმბულის სხვადასხვა ვერსია, ვიდრე BLE, WiFi ან რადიო ჩიპები - ნებისმიერი იმუშავებს.

ვიბრაციის ძრავა:

LRA ვიბრაციის ძრავა (შეუძლია უზრუნველყოს ბევრად უფრო მორგებადი ვიბრაციის შეგრძნება, ვიდრე ტიპიური ERM ვიბრაციის ძრავა). ნებისმიერი ვიბრაციული ძრავა 3V- ზე ნაკლები იმუშავებს, მაგრამ LRA იქნება ვიბრაციის უძლიერესი გამომუშავება (ჩვენ ვიყენებთ გამარტივებულ წრეს ჩვენი დიზაინის კომპაქტურობისთვის [ვიბრაციის ძრავის გააქტიურება უშუალოდ მიკროკონტროლიდან) და მიკროკონტროლერების უმეტესობას აქვს შეზღუდვები ვიბრაციის შესუსტებაზე ძალა)

Haptic Motor Driver (ინტერფეისი მიკროკონტროლერსა და ვიბრაციის ძრავას შორის):

Haptic Motor Driver (DRV2605L, დამზადებულია Texas Instruments– ის მიერ და გავრცელებულია Adafruit– ის მიერ)

Li -Po ბატარეა (სადღაც 100 - 350 mAh დიაპაზონში უნდა იყოს ბევრი):

3.7v, 350 mAh Li-Po

სილიკონის მავთულები:

22 AWG სილიკონის მავთული (სილიკონი უზრუნველყოფს მავთულის მოქნილობისა და გამძლეობის დიდ ბალანსს და არის სწორი დიამეტრი)

Velostat მასალა

Velostat არის წნევისადმი მგრძნობიარე ზედაპირი, რომელიც ცვლის წინააღმდეგობას შეკუმშვის ან შეკუმშვისას

Ფირზე

ნებისმიერი სახის ლენტი (სადინარი, შოტლანდიური, ელექტრო, ნიღაბი) იმუშავებს, მაგრამ მე გირჩევთ გამჭვირვალე და ფართო შესაფუთი ლენტი. თქვენ დაგჭირდებათ მხოლოდ რამდენიმე სანტიმეტრი

ალუმინის კილიტა (თქვენ გჭირდებათ მხოლოდ 4x4 ინჩი)

პროგრამული უზრუნველყოფა:

Arduino IDE (უფასო ჩამოტვირთვა და გამოყენება, მიიღეთ აქ და დააინსტალირეთ:

ნაბიჯი 1: შეიკრიბეთ თქვენი Velostat წნევის სენსორი

ეს უფრო მარტივია, ვიდრე შენ გგონია.

1. გაჭერით თქვენი ველოსტატი ზომაზე. გამოიყენეთ მაკრატელი თქვენი ველოსტატის ფურცლის გასაზრდელად, რა ზომის სენსორი გჭირდებათ. თუ თქვენ იყენებთ ამ პროთეზს ფეხებისთვის, გახადეთ ის ქუსლის ზომის. თუ თქვენ იყენებთ მას ხელებისთვის ან თითებისთვის, გახადეთ ის იმ ზომებში, როგორი კანის დაფარვაც გსურთ.

2. ალუმინის ფოლგა გაჭერით ზომაზე. გაჭერით ორი ცალი ალუმინის კილიტა იმავე ზომებზე, როგორც ველოსტატის ნაჭერი. სენდვიჩი ველოსტატის ნაჭერს შორის ორ ცალი ალუმინის კილიტა. ალუმინის კილიტა ემსახურება როგორც გამტარ ფენას.

3. ზოლიანი სილიკონის მავთული. მავთულხლართების გამოყენებით, მოაცილეთ 3-4 ინჩიანი მავთულის სილიკონის ორი მავთულის სეგმენტი. თითოეული სილიკონის მავთული უნდა იყოს დაახლოებით 15-20 ინჩი სიგრძისა (ესთეტიკური მიმზიდველობისთვის ორივე მათგანი ერთი და იგივე სიგრძის გახადეთ). მოათავსეთ თითოეული გაშიშვლებული მავთული ალუმინის კილიტაზე. სენდვიჩების საერთო შეკვეთა ახლა არის: გაშიშვლებული მავთული 1, ალუმინის კილიტა 1, ველოსტატი, ალუმინის კილიტა 2, გაშიშვლებული მავთული 2.

4. ფირზე ზეწოლის სენსორი ერთად. მიამაგრეთ თქვენი კომპონენტის სენდვიჩზე და მოაშორეთ ზედმეტი ფირები ისე, რომ ყველაფერი ერთმანეთთან საიმედოდ იყოს დამაგრებული. უაღრესად მნიშვნელოვანია, რომ ველოსტატი სუფთად ჰყოფს სენდვიჩის ორ მხარეს (ალუმინის ფოლგა / გაშიშვლებული მავთული ბოლოში არ უნდა იყოს კონტაქტში ზედა გამტარი ზედაპირების რომელიმე ნაწილთან).

5. ლენტები მავთული. იმისათვის, რომ მავთულები ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული და თავიდან აიცილოთ მათი გადახვევა მომხმარებლის გადაადგილებისას, გადაატრიალეთ ისინი (რაც უფრო მეტჯერ დატრიალდებით, მით უფრო დაცული იქნება ისინი). ეს ასევე კარგი ელექტროტექნიკური პრაქტიკაა, როდესაც თქვენ გაქვთ გრძელი მავთულის ჯგუფები, რომლებიც მიდიან ერთი და იგივე ბოლოდან ბოლომდე.

ნაბიჯი 2: შეაერთეთ თქვენი კომპონენტები

დროა დააკავშიროთ ყველა თქვენი ინდივიდუალური ელექტრონული ნაწილი. მე შევაერთე ყველა ჩემი კომპონენტი ერთად, მაგრამ ასევე შესაძლებელია პურის დაფის გამოყენება (ამ შემთხვევაში, თქვენ მაინც დაგჭირდებათ ქინძისთავების მიმაგრება თქვენს მიკროკონტროლერსა და ჰაპტიკურ ძრავის მძღოლზე).

1. შედუღების წნევის სენსორი მიკროკონტროლერთან: შეაერთეთ თქვენი ერთი მოქსოვილი მავთული თქვენი მიკროკონტროლის ანალოგურ (A1) პინთან და შეაერთეთ დარჩენილი ნაქსოვი მავთული მიწასთან (Gnd) პინზე.

2. Solder Vibration Motor to Haptic Motor Driver: შეაერთეთ თქვენი ვიბრაციის ძრავის წითელი (დადებითი) მავთული + ტერმინალთან, ხოლო ლურჯი (დაფქული) მავთული ჰაპტიკური ძრავის მძღოლის ტერმინალთან.

3. Solder Haptic Motor Driver to Microcontroller: ორი ძალიან მოკლე სილიკონის მავთულის სეგმენტის გამოყენებით, მიამაგრეთ შემდეგი ქინძისთავები ჰაპტიკური ძრავის დრაივერზე მიკროკონტროლერს.

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

*ჰაპტიკური ძრავის მძღოლი იყენებს ტიპის საკომუნიკაციო სისტემას, სახელწოდებით I2C, მიკროკონტროლერთან "სასაუბროდ". SCL და SDA ქინძისთავები არის გზა ამ კომუნიკაციისთვის.

4. დააკავშირეთ ბატარეა: შეაერთეთ Li-Po ბატარეის სათაური მიკროკონტროლერთან. თუ თქვენს ბატარეას აქვს გარკვეული მუხტი, მას შეუძლია აანთოს LED მიკროკონტროლერზე. სიცოცხლის პირველი ნიშნები!:)

ნაბიჯი 3: თქვენი ელექტრონიკის დაპროგრამება

თუ თქვენ ჯერ არ გადმოწერილი და დაინსტალირებული გაქვთ Arduino IDE, ახლა დროა. მე მომწონს ჩემი პროგრამის "ფსევდოკოდი" სიტყვებით, სანამ დავიწყებ კოდირებას, ისე რომ მე უკვე გავარკვიე რა მჭირდება C ++ - ში დასაწერად.

აი რას აკეთებს ჩვენი პროთეზირების პროგრამული კოდი:

წამში ბევრჯერ, ჩვენი მიკროკონტროლი კითხულობს წნევის მნიშვნელობას, რომელსაც სენსორი აღმოაჩენს და თუ წნევის მნიშვნელობა საკმარისად ძლიერია (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სენსორი კონტაქტშია მიწასთან), ჩვენ ვააქტიურებთ ვიბრაციის ნებისმიერ მოდელს ჰაპტიკური ძრავის მძღოლი. თანდართული კოდი ასრულებს ამ ძირითად ფუნქციურობას, მაგრამ ადვილია თქვენი ძრავის მორგება, რათა უზრუნველყოს სხვადასხვა შაბლონების ან სიძლიერის ვიბრაცია, განსხვავებული მნიშვნელობების საფუძველზე, რომელსაც წნევის სენსორი აღმოაჩენს (ანუ სინათლის კონტაქტი და ძლიერი კონტაქტი)

*მე ვიღებ ძირითად ცოდნას Arduino IDE– ს გამოყენების, ბიბლიოთეკების დაყენების და დაკავშირებული მიკროკონტროლერის კოდის ატვირთვის შესახებ. თუ თქვენ სრულიად ახალი ხართ Arduino– ში, გამოიყენეთ ეს გაკვეთილები სიჩქარის ასამაღლებლად.

1. ჩამოტვირთეთ და დააინსტალირეთ Adafruit DRV ფაილები იმავე საქაღალდეში, რომელშიც არის თქვენი Arduino ესკიზი.

2. ჩამოტვირთეთ, ატვირთეთ და გაუშვით LevitateVelostatCode პროგრამა თქვენს მიკროკონტროლერზე (დარწმუნდით, რომ ცვლადები სათანადოდ დააწესეთ თქვენი velostat სენსორის მგრძნობელობის გათვალისწინებით. თქვენ შეგიძლიათ დააკალიბროთ CLIFF & CUTOFF მნიშვნელობები Arduino სერიული მონიტორის გახსნით და სხვადასხვა ტესტირებით წნევის ლიმიტები, გამოყენების შემთხვევაში გჭირდებათ.

3. გილოცავთ! თქვენ უკვე გაქვთ პროთეზირების აპარატი. დანარჩენი ესთეტიკაა და იმის გადაწყვეტა, თუ როგორ გსურთ მისი მიმაგრება მომხმარებლის სხეულზე.

ნაბიჯი 4: ფორმა ფაქტორი + ესთეტიკა

თქვენზეა დამოკიდებული სად და როგორ გსურთ, რომ Moonwalk დაერთოს მომხმარებლის სხეულს. ჩემი თავდაპირველად გათვალისწინებული გამოყენების შემთხვევა იყო ფეხის კონტაქტის გამოვლენისთვის, ამიტომ წნევის სენსორი ბუნებრივად ჯდებოდა მომხმარებლის ქუსლის ქვეშ.

იმისათვის, რომ ელექტრონიკა იყოს ლამაზი და კომპაქტური, მე შევიმუშავე და მოვამზადე საბინაო კონტეინერი (3D- დაბეჭდილი და სილიკონის ფორმირებული, კანთან მოქნილი კონტაქტის უზრუნველსაყოფად). მე დავამატე 3D ფაილები (. STL ფორმაში) ამ ინსტრუქციას.

*მაქსიმალური ვიბრაციისთვის მნიშვნელოვანია, რომ LRA ძრავა (რომელიც მუშაობს ზ ღერძის ზამბარადან ვიბრაციების სწრაფად წარმოქმნით) იყოს უშუალო კონტაქტში ზედაპირთან, რომელიც ეხება კანს (ERM– სგან განსხვავებით, თუ LRA ჰაერში მიედინება, თქვენი კანი არაფერს გრძნობს). ჩემი დიზაინისთვის, ყველაზე აზრიანია ელექტრონიკის მიმაგრება ნანოსაქცია / გელის ბალიშის საშუალებით (ეს შეიძლება მარტივად იყოს შეძენილი ინტერნეტით და შესანიშნავია კანის მრავალჯერადი გამოყენებისთვის), სამედიცინო ლენტით ან ქსოვილის სამაჯურით. თეორიულად, თქვენ ასევე შეგიძლიათ გადაიტანოთ Moonwalk ელასტიური / სპანდექსის ტანსაცმლის ქვეშ, თუ იგი გამოიყენება ფეხიზე ან ბარძაყზე.

ნაბიჯი 5: დასრულებული პროთეზირება

ვიმედოვნებ, რომ ჩემი დიზაინი თქვენთვის სასარგებლო იქნება. გთხოვთ თავისუფლად შეცვალოთ, შეურიოთ და გააუმჯობესოთ ეს ძირითადი დიზაინი - და ნუ იქნებით უცხო! შემიძლია დამიკავშირდეს ჩემი ვებსაიტის საშუალებით (www.akshaydinakar.com/home).