Dit Instructable is gedeeltelijk gebaseerd op mijn laatste jaar middelbare schoolproject van de wetenschap "Macht van Touch: uitdagingen in ontwerpen haptische Sensing en Feedback voor neurale gecontroleerd Bionic/Prosthetic Hands". Ik was diep vereerd toen dit project werd gekozen als een finalist in het 2016 Intel Science and Engineering Fair (ISEF, Phoenix, AZ). Op ISEF werd dit project bekroond met tweede plaats van de internationale Raad over System Engineering (INCOSE). Het project won ook de eerste prijs in de biomedische technologie en best in beurs voor materialenwetenschap bij de Virginia wetenschap eerlijke evenals grand Staatsprijs bij de Northern Virginia regionale wetenschap eerlijke. Ik ben erg dankbaar voor deze gelegenheid en voor alle prachtige collega wetenschap eerlijke deelnemers, rechters, en anderen die ik door middel van dit project ontmoet heb.
Concept - in plaats van bouwen van een enkele hand die wordt gedwongen om in gevaar brengen; misbruik maken van de voordelen van lage kosten 3d printen om te bouwen van (minstens) drie handen die belangrijke parameters van de wegen, snelheid en koppel te optimaliseren.
Dit Instructable zal concentreren slechts op de 3-d printen en de bouw van drie gemotoriseerde handen. Ze omvatten geen andere belangrijke onderdelen van het project. Ik hoop om te dekken haptische feedback (piëzo motoren en transcutane elektrische zenuwstimulatie) en neurale (LED sensoren) handel en ontwerp in een later instructable wanneer tijd en planning toestaan.
Dit project leent zwaar uit de meerdere bronnen in de open sourcegemeenschap. Vooral van Patrick S geavanceerde TACT: Low Cost nephand
Gael Langevin van Open Robotics InMoov http://inmoov.fr/ en AdvancerTechnologies Myoware sensor http://inmoov.fr/ evenals vele anderen. Ik zou willen zeggen, "dank u" voor iedereen die een bijdrage leveren aan de open sourcegemeenschap. Ik wil "vooruit betalen". Door bij te dragen om open bron ik hoop dat anderen inspireren om te verbeteren van de kwaliteit van ten minste één leven. "helpen, helpen veel"-Mick Ebeling
Video van elke vinger ontwerp is gekoppeld. De snelheid-vinger is vooral indrukwekkend (de video is in echt-tijd).
1) ultralight Hand - 191 gram (commerciële $7000 LED handen variëren van 500 tot 800 gram. Gebruikers staat die hoog massa een belangrijke reden is voor het niet dragen van hun protheses) stappen 1-7 tonen de stappen voor het bouwen van een ultralight hand met behulp van de SG90 servos gecontroleerd door een Arduino Uno. De totale kosten voor onderdelen was ongeveer $32.
Volgende stappen - The SG90 servo's zijn licht (9 gram), fast (60 deg in 0.1 sec), klein en low-cost (~ $2.50). Helaas met zeer kleine kunststof tandwielen zijn nogal luidruchtig en niet extreem duurzaam. Duurzamer en stiller alternatieven kan zoeken. 2) hoge snelheid Hand - 0.06 seconden te openen of sluiten van een vinger stappen 8-10 bouwen de hand van de hoge snelheid rond de 24 volt Maxon RE13 versnelling motor (13 millimeter diameter, 29 gram, $8). De totale kosten voor onderdelen was gecontroleerd door een Arduino Uno + motor schild ongeveer $70. Bij 24 volt de Maxon werken versnelling motoren met geen belasting op de vingers dicht bij hun maximale snelheid van 480 rpm (8 toeren/sec). Een rotatie van ~ 180 graden volledig opent / sluit elke vinger in ~1/16 (~0.06) seconden. Dit is slighter sneller dan de gemiddelde menselijke vingers en ongeveer 80 keer sneller dan beschikbaar LED handen die beginnen bij ~ $7000.
Voorlopige resultaten - The 24 Volt Maxon RE13 kernloze versnelling motoren zijn stil, snel en lijken zeer duurzaam en betrouwbaar. Schrijven van software om te profiteren van deze hand van snelheid zou een geweldig volgende project. Misschien zelfs software "macro's" te spelen van piano, gitaar of viool Snaren? Of Combineer met ingebouwde sensoren aan het maken van een "slimme hand" voor het vangen van snelheden van gewone handen kunnen niet?
3) hoge koppel Hand = haak grip met een enkele vinger = 20 kg (3d gedrukte wormwiel vereist nul macht op zijn plaats houden)
Stap 11-12 illustreren de stappen voor het bouwen van een wormwiel gebaseerd hoog koppel hand rond de 24 volt Maxon RE13 versnelling motor (13 millimeter diameter, 29 gram, $8). De totale kosten voor onderdelen was gecontroleerd door een Arduino Uno + motor schild ongeveer $70.
Achtergrond - mijn doel is het bouwen van een beter nephand. Hand verlies is bijzonder verwoestende. De rol van de hand in het menselijk leven is niet beperkt tot verplaatsingen, maar is kritisch voor gebaren, strelen, communicatie en sensatie. Helaas geschat wordt dat een 200 mensen in de Verenigde Staten heeft een amputatie gehad en ongeveer 135.000 amputatie ingrepen per jaar gebeuren. Op zoek naar de toekomst, met de stijgende prijzen van diabetes, het totale aantal mensen het dragen van de prothese naar verwachting bereiken 2,4 miljoen in 2020 (Dede).
Hedendaagse protheses hebben aanzienlijke ruimte voor verbetering. De kosten van de meest geavanceerde LED handen beginnen bij ongeveer $7000 en compleet met hulpstukken kunnen meer dan 40.000 dollar. En volgens recente enquêtes, 20% van de gebruikers hun peperdure handen verlaten vanwege gewicht (hedendaagse commerciële LED handen wegen meestal 500 gram >) en omdat de hand te traag is. (Biddiss, Chau) (Pylatiuk).
Door te drukken handen snel en tegen lage kosten, kunnen wij het paradigma van ontwerp compromis dat is momenteel het beperken van protheses spiegelen. Afdrukken in plaats van compromis, meerdere verschillende ontwerpen die zijn geoptimaliseerd voor elke toepassing. Frisbee spelen? Gebruik een hoge snelheid hand. Tuinieren? Schakel over naar de hand van een hoog koppel. Hele dag werken rond het kantoor. Een ultralichte hand gebruiken. Ontwerpen met meerdere handen en meerdere gespecialiseerde hulpmiddelen kunnen worden gedaan. Integratie van chef's gereedschappen, van een chirurg mes of een kunstenaar beitels en borstels, kon de nieuwe realiteit geworden.
Om te leren ik begon door te drukken hand Gael Langevin van InMoov http://inmoov.fr/ op mijn Lulzbot Mini 3D printer in ABS. De hand InMoov is briljant eenvoudig en relatief eenvoudig en gemakkelijk af te drukken. Met arduino/servo control is de programmering relatief eenvoudig te leren. Helaas (voor gebruik als een prothetische) de servo's van ontwerp, toepassingen in de onderarm (moeilijk te integreren met arm) en de pezen (hoge Sleep) passeren van de pols, palm en de vingers. Gael Langevin heeft gewerkt aan dit probleem http://inmoov.fr/ maar een definitief ontwerp is niet klaar om te worden vrijgegeven.
Ik vervolgens afgedrukt Patrick S, TACT: lage kosten geavanceerde prothese Hand de TACT hand ontwerp is geweldig! De instructies zijn compleet en makkelijk te volgen. De TACT vinger 2 gemeenschappelijke /linkage ontwerp is eenvoudig af te drukken en werkt echt goed. Er waren echter twee gebieden die ik dacht dat zou kunnen worden verbeterd. Hoewel klein, adviseert de TACT hand de Poverty 16 kernloze Gear-motor. 16 millimeter en ~ 39 gram is deze Poverty-motor iets groter en zwaarder dan gewenst. De bedieningssleutel is een staaldraad (pees) die is ontworpen om te wikkelen rond een cilinder 3-d gedrukte te trekken in de vinger. Helaas vond ik de levensduur van de cyclus van deze draden waren vaak kort. Na verloop van tijd de actuator draad (pees) neiging tot vermoeidheid en mislukken. (Deze fout kan zijn omdat ik bouwen deze actuatoren ten onrechte?)
