Protetická paže pracující s myosenzorem: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-31 10:18

Tento projekt je vývoj protetické paže pro amputované lidi. Cílem tohoto projektu je vytvoření dostupné protetické paže pro lidi, kteří si nemohou dovolit profesionální.

Jelikož je tento projekt stále ve fázi prototypování, může být vždy lepší, protože prozatím může otevírat a zavírat pouze dlaň, která dokáže uchopit věci! Přesto je to kutilská protetická paže, kterou lze provést doma nebo v místní fabrické laboratoři.

Krok 1: Potřebné materiály, nástroje a stroje

Stroje:

1. 3D tiskárna
2. Laserová řezačka
3. Stolní CNC stroj

Nástroje:

1. Vlasec
2. 3mm vlákno
3. Vrtat
4. Super lepidlo
5. Kleště na otvory
6. Multimetr
7. Pájecí stanice
8. Obrobitelný vosk
9. Silikonové formy

Materiály:

1. Měděný plech
2. 1x ATMEGA328P-AU
3. 1x 16MHz krystal
4. 1x 10k odpor
5. 2x 22pF kondenzátory
6. 1x 10uF kondenzátor
7. 1x 1uF kondenzátor
8. 1x 0,1uF kondenzátor
9. 1x Myosensor
10. 5x mikro servomotory
11. 1x Arduino UNO

Software:

1. Arduino IDE
2. Fusion360
3. Cura
4. Orel
5. GIMP

Krok 2: 2D a 3D návrh

3D design

Prvním krokem bylo navrhnout prsty, dlaň a předloktí protetické paže s přihlédnutím k elektronice, která by šla do protetické paže. Abych byl upřímný, použil jsem jako základ projekt open source inmoov a začal jsem odtud.

Dlaň je poměrně těžká část, protože prsty by mezi sebou měly mít různé poměry. Tak:

Prsty: Stáhl jsem si prsty z projektu inmoov.

Dlaň:

1. Nejprve jsem nakreslil rozložení dlaně a vytlačil ji.
2. Poté jsem pomocí skic, příkazu cut a příkazu fillet udělal otvory pro spojení prstu a předloktí.
3. Poté jsem musel vyrobit trubice, abych mohl předávat vlasec, abych mohl ovládat prsty pomocí motorů.
4. Nakonec musely být do dlaně přidány otvory, aby bylo možné zatáhnout dlaň při vytažení vlasce.

Předloktí:

1. V různých rovinách jsem vytvořil dva náčrty a použil příkaz elipsa. Poté jsem pomocí příkazu loft vytvořil požadovaný tvar.
2. Poté byl pomocí příkazu shell vytvořen dutý a příkazem split jej rozřízl na polovinu, abych v něm mohl navrhovat a pro nejlepší přístupnost, když do něj montuji elektroniku.
3. V blízkosti zápěstí byl také vytvořen náčrt, vytlačený a spojený s hlavním předloktím, aby se mohl spojit s dlaní.
4. S viditelností navrhnout uvnitř předloktí jsem vytvořil náčrt rozměrů pěti motorů, které budu používat, jeden pro každý prst a mé desky plošných spojů (PCB), kterou budu používat. Poté jsem je vytlačil, dokud nedosáhli požadované výšky, a odstranil nepotřebné části v zadní části válce pomocí backspace.
5. Nakonec byly otvory pro šrouby navrženy způsobem, který není na celkovém designu tak viditelný, aby bylo možné předloktí zavřít pomocí podobných příkazů jako výše.

Po dokončení návrhu jsem vybral každé tělo a stáhl jej jako soubor.stl a vytiskl jsem je 3D samostatně.

2D design

Protože jsem chtěl, aby se moje rybářské vlasce oddělily, zatímco jsou ovládány motory, rozhodl jsem se pro ně vytvořit vodicí štěrbiny. K tomu jsem ve skutečnosti nemusel navrhovat nic nového, ale použil jsem menší elipsu, když jsem pomocí příkazu loft vytvořil předloktí.

Poté, co jsem použil laserovou řezačku, exportoval jsem její skicu jako soubor.dxf. Poté, co jsem měl požadovaný tvar, jsem do štěrbiny vyvrtal otvory 0,8 mm, které jsem považoval za nutné.

Krok 3: 3D tisk

Po exportu každého souboru stl jsem pomocí Cury vygeneroval.gcode různých částí prstů, dlaně a předloktí. Použitá nastavení jsou znázorněna na obrázcích výše. Materiál 3D tištěných dílů je PLA.

Krok 4: Lisování a lití

Účelem odlitku dlaně je, aby protetická paže měla silnější úchop, protože PLA by mohla být kluzká.

3D design

1. Pomocí již existujícího náčrtu dlaně jsem se pokusil napodobit naši dlaň tak, že jsem jí pomocí příkazu oblouku navrhl druh kruhů.
2. Poté jsem je vytlačil v různých výškách a pomocí příkazu zaoblení jsem vyhladil okraje vnitřních „kruhů“.
3. Poté jsem navrhl krabici se stejnými rozměry jako můj obrobitelný vosk a pomocí příkazu cut v příkazu kombinovat jsem tam vložil negativ svého návrhu.

CAM proces

Poté, co byl návrh připraven k frézování pomocí stolního CNC stroje, musel jsem pro to vygenerovat gcode. V mém případě jsem používal CNC stroj Roland MDX-40!

1. Nejprve jsem vstoupil do prostředí CAM Fusion360.
2. Poté jsem v nabídce nastavení vybral „nové nastavení“.
3. Vybral jsem správné parametry (viz obrázky) a stiskl ok.
4. Dále jsem v nabídce 3D vybral adaptivní čištění a vybral správné parametry po vložení nástroje, který jsem použil, jak je znázorněno na obrázcích.
5. Nakonec jsem zvolil adaptivní zúčtování a klikl na post post. Ujistil jsem se, že je to pro roland stroj mdx-40 a kliknul na ok, abych získal gcode.
6. Poté jsem strojem vyfrézoval blok vosku podle svého návrhu.

Lití křemíku

1. Nejprve jsem pečlivě promíchal dva roztoky křemíku tak, aby nevznikly vzduchové bubliny, podle datového listu (odkaz na materiálech), přičemž jsem vzal v úvahu poměr míchání, dobu zpracovatelnosti a dobu odformování.
2. Poté jsem to nalil do své formy z nejnižšího bodu, přičemž jsem se ujistil, že kontaktní bod zůstává konstantní a průměr nalitého roztoku je co nejtenčí, aby se zabránilo vzduchovým bublinám.
3. Po odlití křemíku do mé formy jsem se musel ujistit, že uvnitř nejsou žádné vzduchové bubliny, a tak jsem formu otřásal pomocí vrtáku se šikmým hřebíkem.
4. Nakonec, když jsem to zapomněl udělat ve svém návrhu, vyrazil jsem do svého křemíku otvory poté, co byl připraven, pomocí kleští na otvory tak, aby odpovídaly otvorům, které byly na povrchu dlaně.

Krok 5: Návrh a výroba elektroniky

Abych mohl navrhnout svou desku a porozumět tomu, co se děje v pinech mikrokontroléru, musel jsem si přečíst její technický list. Jako základní desku plošných spojů jsem použil micro satshakit a poté jsem jej upravil podle potřeb svého systému.

Jelikož je satshakit deskou založenou na arduino DIY, mohl bych ji upravit podle svých hledání spojení mých částí s arduino. Myosenzor se tedy připojuje k arduinu pomocí jednoho pinu GND, jednoho pinu VCC a jednoho analogového pinu. Zatímco jeden servomotor používá jeden pin GND, jeden pin VCC a jeden pin PWM. Musel jsem tedy vystavit celkem šest pinů GND a VCC s ohledem na napájení desky, jeden analogový a pět pinů PWM. Také jsem musel vzít v úvahu vystavení pinů pro programování desky (což jsou MISO, MOSI, SCK, RST, VCC a GND).

Kroky, které jsem udělal, byly:

1. Nejprve jsem stáhl orlí soubory micro-satshakitu.
2. Dále jsem upravil micro-satshakit podle svých potřeb pomocí Eagle. Návod, jak používat Eagle, najdete zde a zde.
3. Po zakořenění své desky jsem ji exportoval jako soubor-p.webp" />

Poté, co mám vnitřní a vnější cesty své desky jako png, je na čase vygenerovat jejich gcode, abych je mohl vyfrézovat na stolním cnc stroji roland mdx-40. Pro generování.gcode jsem použil fab moduly. Nastavení, která by měla být nastavena ve fab modulech, najdete zde.

Nakonec jsem připájel vše, co jsem potřeboval, podle svého orlího prkna. Obrázek schématu a pájené desky najdete výše.

Důvodem pro vytvoření vlastní desky plošných spojů namísto použití Arduino UNO je prostor, který šetřím, když používám vlastní desku.

Krok 6: Sestavení

Poté, co byly otištěny prsty:

1. Vnitřní otvory jsem musel vyvrtat vrtákem o průměru 3,5 mm a vnější otvory vrtákem o průměru 3 mm. Vnitřní otvory znamenají část, že když jsou části spojeny, je to z vnitřního a vnějšího otvoru, část, která když je spojena, je zvenčí.
2. Poté jsem musel nejprve lepit druhým prstem a třetí čtvrtým.
3. Poté jsem spojil části 1+2 s 3+4 s 5 skrz malé otvory pomocí vlákna s průměrem 3 mm.
4. Nakonec byly prsty připraveny ke spojení dlaní a poté předloktím.

Takže bylo načase projít vlasec skrz prsty.

Jedna čára šla ze zadní strany prstu trubkou na konektoru prst-dlaň a na předloktí a druhá čára šla z přední strany prstu do otvoru na vnitřní straně dlaně a na předloktí

Zvláštní poznámkou je projít vlasec skrz kus dřeva, který má do něj díru o průměru a vytvořit uzel. V opačném případě, když je vlasec zatažen, může jít dolů po prstu, což se mi stalo bez ohledu na to, kolik uzlů jsem udělal.

• Poté, co rybářská šňůra projde prsty, by měla být dlaň a předloktí spojeny některými 3D tištěnými šrouby botů,
• Znovu jsem linky protáhl laserem vyřezaným otvorem, abych je oddělil, a poté je připojil k servomotorům.
• Upevnění rybářské šňůry do správné polohy serva je trochu náročné. Ale to, co jsem udělal, bylo vzít extrémní polohy prstu a připojit ho k extrémní poloze serva.
• Poté, co jsem našel správné polohy, vyvrtal jsem otvory do speciálních slotů pro serva a přišrouboval serva na správná místa, přičemž jsem se ujistil, že dvě ze serva byla mírně vyvýšena od ostatních, jinak by se během provozu srazila.

Krok 7: Programování

Před napsáním programu jsem musel zajistit, aby byl upravený mikro-satshakit programovatelný. K tomu jsem musel provést následující kroky:

1. Připojte Arduino Uno k počítači.
2. Vyberte pod nástroji správný port a desku Arduino Uno.
3. V části> Soubor> Příklady najděte a otevřete skicu „ArduinoISP“.
4. Nahrajte skicu do Arduina.
5. Odpojte Arduino od počítače.
6. Připojte desku k Arduinu podle schématu na obrázku.
7. Připojte Arduino k počítači.
8. Vyberte desku „Arduino/Genuino Uno“a programátor „Arduino jako ISP“.
9. Klikněte na> Nástroje> Vypálit bootloader.
10. Po úspěšném dokončení zavaděče můžeme napsat náš program:

// včetně knihovny, kterou jsem použil pro servomotory

#include #include SoftwareSerial mySerial (7, 8); #define MYO_PIN A0 int sensorValue; plovoucí napětí; // pojmenování jména pro mé servo VarSpeedServo servo1; VarSpeedServo servo2; Servo3 VarSpeedServo; Servo4 VarSpeedServo; Servo5 VarSpeedServo; #define PINKY 5 #define PINKY_PIN 10 #define RINGFINGER 4 #define RINGFINGER_PIN 9 #define MIDDLE 3 #define MIDDLE_PIN 3 #define INDEX 2 #define INDEX_PIN 5 #define THUMB 1 #define THUMB_PIN 6 void); // kolík, na který jsem připojil svůj motor servo1.attach (THUMB_PIN); servo2.attach (INDEX_PIN); servo3.attach (MIDDLE_PIN); servo4.attach (RINGFINGER_PIN); servo5.attach (PINKY_PIN); defaultPosition (THUMB, 40); defaultPosition (INDEX, 40); defaultPosition (MIDDLE, 40); defaultPosition (RINGFINGER, 40); defaultPosition (PINKY, 40); mySerial.begin (9600); mySerial.print ("Inicializace …"); } void loop () {sensorValue = analogRead (A0); napětí = senzorHodnota * (5,0 / 1023,0); mySerial.println (napětí); zpoždění (100); if (napětí> 1) {closePosition (PINKY, 60); closePosition (RINGFINGER, 60); closePosition (STŘEDNÍ, 60); closePosition (INDEX, 60); closePosition (PALEC, 60); } else {openPosition (PINKY, 60); openPosition (RINGFIGER, 60); openPosition (STŘEDNÍ, 60); openPosition (INDEX, 60); openPosition (PALEC, 60); }} void defaultPosition (uint8_t prst, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (90, _speed, true); else if (prst == RINGFINGER) servo4.write (70, _speed, true); else if (prst == STŘEDNÍ) servo3.write (20, _speed, true); else if (prst == INDEX) servo2.write (20, _speed, true); else if (prst == PALEC) servo1.write (20, _speed, true); } void closePosition (uint8_t prst, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (180, _speed, true); else if (prst == RINGFINGER) servo4.write (180, _speed, true); else if (prst == STŘEDNÍ) servo3.write (180, _speed, true); else if (prst == INDEX) servo2.write (180, _speed, true); else if (prst == PALEC) servo1.attach (180, _speed, true); } void openPosition (uint8_t prst, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (0, _speed, true); else if (prst == RINGFINGER) servo4.write (0, _speed, true); else if (prst == STŘEDNÍ) servo3.write (0, _speed, true); else if (prst == INDEX) servo2.write (0, _speed, true); else if (prst == PALEC) servo1.write (0, _speed, true); } // Po napsání programu jej nahrajeme na tabuli pomocí> Sketch> Nahrát pomocí programátoru // Nyní můžete svůj micro satshakit odvinout ze svého arduina a napájet jej přes powerbanku // A voila !! Máte protetickou ruku