Braço protético trabalhando com um miosensor: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-31 10:23

Este projeto é o desenvolvimento de uma prótese de braço para pessoas amputadas. O objetivo deste projeto é a criação de um braço protético acessível para pessoas que não podem pagar por um profissional.

Como esse projeto ainda está em fase de prototipagem, sempre pode ficar melhor pois por enquanto ele só consegue abrir e fechar a palma da mão para pegar coisas! No entanto, é um braço protético DIY que pode ser feito em casa ou em um laboratório de fabricação local.

Etapa 1: Materiais, ferramentas e máquinas necessárias

Máquinas:

1. impressora 3d
2. Cortador a laser
3. Máquina CNC de mesa

Ferramentas:

1. Linha de pesca
2. Filamento de 3mm
3. Furar
4. Supercola
5. Alicate de furos
6. Multímetro
7. Estação de solda
8. Cera maquinável
9. Silício para moldes

Materiais:

1. Folha de cobre
2. 1x ATMEGA328P-AU
3. 1x cristal de 16 MHz
4. 1 resistor de 10k
5. 2x capacitores 22pF
6. 1x capacitor 10uF
7. 1x 1uF capacitor
8. 1x capacitor 0.1uF
9. 1x Myosensor
10. 5x micro servo motores
11. 1x Arduino UNO

Programas:

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

Etapa 2: Design 2D e 3D

Design 3D

O primeiro passo foi projetar os dedos, a palma e o antebraço do braço protético levando em consideração a parte eletrônica que iria no braço protético. Para ser honesto, usei como base o projeto inmoov de código aberto e comecei a partir daí.

A palma é uma parte bastante difícil de projetar, pois os dedos devem ter proporções diferentes entre eles. Então:

Dedos: baixei os dedos do projeto inmoov.

Palma:

1. Eu primeiro esbocei o layout da palma e expulsei.
2. Em seguida, fiz orifícios para as conexões do dedo e do antebraço usando esboços, o comando de corte e o comando de filete.
3. Depois disso, tive que fazer tubos para poder passar as linhas de pesca e controlar os dedos por meio dos motores.
4. Por último, foi necessário fazer orifícios dentro da palma da mão para que o fechamento da palma fosse possível quando a linha de pesca fosse puxada.

Antebraço:

1. Em planos diferentes, criei dois esboços e usei o comando elipse. Usei o comando loft depois para criar a forma desejada.
2. Depois, o comando shell foi usado para torná-lo oco e o comando split para cortá-lo ao meio para que eu pudesse desenhar nele e para a melhor acessibilidade para quando estou montando minha eletrônica dentro.
3. Também foi feito um esboço próximo ao pulso, extrudado e unido ao antebraço principal para que pudesse se conectar com a palma da mão.
4. Tendo a visibilidade para desenhar dentro do antebraço, criei um esboço nas dimensões dos cinco motores que usaria, um para cada dedo, e minha PCB (placa de circuito impresso) que usaria. Em seguida, expulsei até que atingissem a altura desejável e excluí as partes desnecessárias na parte de trás do cilindro usando o backspace.
5. Por último, as aberturas para os parafusos foram projetadas, de uma forma que não são tão visíveis no projeto geral, para que o antebraço possa ser fechado usando comandos semelhantes aos acima.

Finalizando o design, selecionei cada corpo e baixei como um arquivo.stl e os imprimi em 3D separadamente.

Design 2D

Como eu queria que minhas linhas de pesca fossem separadas enquanto eram operadas pelos motores, decidi fazer ranhuras de guia para elas. Para isso, eu realmente não precisei projetar nada novo, mas usei a elipse menor para quando usei o comando loft para criar o antebraço.

Exportei seu esboço como um arquivo.dxf depois de usar o cortador a laser. Depois de obter o formato desejado, fiz furos de 0,8 mm dentro da fenda que achei necessário.

Etapa 3: Impressão 3D

Depois de exportar cada arquivo stl, usei o Cura para gerar o.gcode das diferentes partes dos dedos, a palma da mão e o antebraço. As configurações utilizadas estão ilustradas nas fotos acima. O material das peças impressas em 3D é PLA.

Etapa 4: Moldagem e Fundição

O objetivo da moldagem da palma da mão é que o braço protético tenha uma pegada mais forte, pois o PLA pode ser escorregadio.

Design 3D

1. Usando o esboço pré-existente da palma da mão, tentei imitar nossa palma desenhando uma espécie de círculo usando o comando arco.
2. Depois, fiz a extrusão em diferentes alturas e usei o comando fillet para suavizar as arestas dos "círculos" internos.
3. Então, projetei uma caixa com as mesmas dimensões da minha cera usinável e coloquei o negativo do meu desenho lá usando o corte no comando combinar.

Processo CAM

Depois de ter o projeto pronto para ser fresado na máquina CNC de mesa, tive que gerar o gcode para isso. No meu caso, estava usando a máquina CNC Roland MDX-40!

1. Primeiro, entrei no ambiente CAM do Fusion360.
2. Então, selecionei uma "nova configuração" no menu de configuração.
3. Escolhi os parâmetros corretos (veja as fotos) e pressionei ok.
4. Em seguida, no menu 3D, escolhi a compensação adaptativa e selecionei os parâmetros corretos após inserir a ferramenta que usei conforme mostrado nas fotos.
5. Por último, escolhi a compensação adaptativa e cliquei no processo de postagem. Certifiquei-me de que era para a máquina roland mdx-40 e cliquei em ok para obter o gcode.
6. Depois disso, fiz a fresagem do bloco de cera de acordo com meu projeto usando a máquina.

Fundindo o Silício

1. Primeiramente misturei as duas soluções de silício com cuidado para não causar bolhas de ar, seguindo a ficha técnica (link encontrado nos materiais), levando em consideração a relação de mistura, o pot life e o tempo de desmoldagem.
2. Em seguida, coloquei no molde do ponto mais baixo, certificando-se de que o ponto de contato permanecia constante e que o diâmetro da solução derramada era o mais fino possível, para evitar bolhas de ar.
3. Depois de lançar o silicone no meu molde, tive que me certificar de que não havia bolhas de ar dentro, então tremi o molde usando uma broca com um prego oblíquo.
4. Por último, como esqueci de fazer no meu desenho, fiz furos no meu silicone depois de pronto, usando o alicate de furos, de forma que eles correspondessem aos furos que estavam na superfície da palma.

Etapa 5: Design e produção de eletrônicos

Para desenhar minha placa e entender o que se passa nos pinos do microcontrolador, tive que ler o datasheet dela. Como um PCB básico, usei o micro satshakit e depois o modifiquei de acordo com as necessidades do meu sistema.

Como o satshakit é uma placa baseada em arduino DIY, eu poderia modificá-la de acordo com minhas pesquisas por conexões de minhas peças com o arduino. Portanto, o miosensor se conecta ao arduino usando um pino GND, um pino VCC e um pino analógico. Considerando que, um servo motor usa um pino GND, um pino VCC e um pino PWM. Então, eu tive que expor no total seis pinos GND e VCC levando em consideração a alimentação da placa, um analógico e cinco pinos PWM. Além disso, tive que levar em consideração expor os pinos para a programação da placa (que são MISO, MOSI, SCK, RST, VCC e GND).

As etapas que dei foram:

1. Primeiro, baixei os arquivos Eagle do micro-satshakit.
2. Em seguida, modifiquei o micro-satshakit de acordo com minhas necessidades usando o Eagle. Um guia sobre como usar o Eagle pode ser encontrado aqui e aqui.
3. Depois de fazer o root em minha placa, exportei-a como um arquivo-p.webp" />

Depois de ter os caminhos internos e externos da minha placa como png, é hora de gerar o gcode deles para poder fresá-los na máquina roland mdx-40 desktop cnc. Para a geração do.gcode usei módulos fab. As configurações que devem ser definidas nos módulos fab e podem ser encontradas aqui.

Por último, soldei tudo o que precisava de acordo com a minha placa de águia. A imagem do esquema e a placa soldada podem ser encontradas acima.

A razão para fazer minha própria placa PCB em vez de usar um Arduino UNO é o espaço que estou economizando quando uso minha própria placa.

Etapa 6: Montagem

Então, depois que os dedos foram impressos:

1. Tive que fazer os furos internos com uma broca de 3,5 mm de diâmetro e os furos externos com uma broca de 3 mm de diâmetro. Furos internos significando a parte que quando as peças são conectadas é do orifício interno e externo, a parte que quando conectada é do lado de fora.
2. Depois disso, tive que supercolar primeiro com o segundo dedo e o terceiro com o quarto.
3. Depois disso, conectei as partes 1 + 2 com 3 + 4 com 5 através dos orifícios pequenos usando um filamento de 3mm de diâmetro.
4. Por fim, os dedos estavam prontos para serem montados com a palma da mão e depois com o antebraço.

Então, era hora de passar a linha de pesca pelos dedos.

Uma linha ia da parte de trás do dedo através do tubo no conector da palma da mão e para o antebraço e a outra linha ia da parte frontal do dedo para o orifício na parte interna da palma e para o antebraço

Uma nota especial é passar a linha de pesca por um pedaço de madeira que tem um furo com o diâmetro da mesma e fazer um nó. Do contrário, quando a linha é puxada, ela pode descer pelo dedo, o que aconteceu comigo, não importa quantos nós eu fiz.

• Depois que a linha de pesca é passada pelos dedos, a palma e o antebraço devem ser conectados por alguns parafusos de bot impressos em 3D,
• Passei as linhas novamente pela fenda do orifício cortado a laser para separá-las e, em seguida, conectei-as aos servo motores.
• Prender a linha de pesca na posição correta do servo é um pouco desafiador. Mas, o que eu fiz foi pegar as posições extremas do dedo e conectá-lo à posição extrema do servo.
• Depois de encontrar as posições corretas, fiz furos nas ranhuras especiais para os servos e aparafusei os servos nos lugares certos, certificando-me de que dois dos servos estavam ligeiramente elevados dos outros, caso contrário, eles colidiriam durante a operação.

Etapa 7: Programação

Antes de escrever o programa, tive que fazer com que o micro-satshakit modificado pudesse ser programado. Para fazer isso, tive que seguir os passos abaixo:

1. Conecte o Arduino Uno ao pc.
2. Selecione a porta certa e a placa Arduino Uno em ferramentas.
3. Em> Arquivo> Exemplos, encontre e abra o esboço "ArduinoISP".
4. Faça upload do esboço para o Arduino.
5. Desconecte o Arduino do pc.
6. Conecte a placa com o Arduino seguindo o esquema da figura.
7. Conecte o Arduino ao pc.
8. Selecione a placa "Arduino / Genuino Uno" e o programador "Arduino como ISP".
9. Clique em> Ferramentas> Gravar Bootloader.
10. Depois que o bootloader for concluído com sucesso, podemos escrever nosso programa:

// incluindo a biblioteca que usei para os servo motores

#include #include SoftwareSerial mySerial (7, 8); #define MYO_PIN A0 int sensorValue; tensão flutuante; // designar um nome para meu servo VarSpeedServo servo1; VarSpeedServo servo2; VarSpeedServo servo3; VarSpeedServo servo4; VarSpeedServo servo5; #define PINKY 5 #define PINKY_PIN 10 #define RINGFINGER 4 #define RINGFINGER_PIN 9 #define MÉDIO 3 #define MIDDLE_PIN 3 #define INDEX 2 #define INDEX_PIN 5 #define THUMB_PIN 1 #define THUMB_POIN {6 voidMode () INPUT (PINMODE {6) void ()); // o pino que conectei ao meu 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 ("Inicializando …"); } void loop () {sensorValue = analogRead (A0); voltagem = sensorValue * (5,0 / 1023,0); mySerial.println (voltagem); atraso (100); se (tensão> 1) {posição fechada (PINKY, 60); closePosition (RINGFINGER, 60); closePosition (MIDDLE, 60); closePosition (INDEX, 60); closePosition (THUMB, 60); } else {openPosition (PINKY, 60); openPosition (RINGFIGER, 60); openPosition (MIDDLE, 60); openPosition (INDEX, 60); openPosition (THUMB, 60); }} void defaultPosition (uint8_t finger, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (90, _speed, true); else if (dedo == RINGFINGER) servo4.write (70, _velocidade, verdadeiro); else if (finger == MIDDLE) servo3.write (20, _speed, true); else if (dedo == INDEX) servo2.write (20, _velocidade, verdadeiro); else if (dedo == THUMB) servo1.write (20, _velocidade, verdadeiro); } void closePosition (uint8_t finger, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (180, _speed, true); else if (dedo == RINGFINGER) servo4.write (180, _velocidade, verdadeiro); else if (finger == MIDDLE) servo3.write (180, _speed, true); else if (dedo == INDEX) servo2.write (180, _velocidade, verdadeiro); else if (dedo == THUMB) servo1.attach (180, _velocidade, verdadeiro); } void openPosition (uint8_t finger, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (0, _speed, true); else if (dedo == RINGFINGER) servo4.write (0, _velocidade, verdadeiro); else if (finger == MIDDLE) servo3.write (0, _speed, true); else if (finger == INDEX) servo2.write (0, _speed, true); else if (dedo == THUMB) servo1.write (0, _speed, true); } // Depois de escrever o programa, nós o carregamos para a placa por> Sketch> Upload usando o programador // Agora você pode desconectar seu micro satshakit do seu arduino e ligá-lo através do banco de energia // E voila !! Você tem uma prótese de braço