Tre låg kostnad utbytbara 3D-Printable Bionic händer

Detta Instructable bygger delvis på min sista året gymnasiet vetenskap projekt "Makt av Touch: utmaningar i utforma haptiska avkänning och Feedback för neurala kontrollerade Bionic/prostetiska händer". Jag var djupt hedrad när detta projekt var utvald som finalist vid 2016 Intel Science and Engineering Fair (ISEF, Phoenix, AZ). Vid ISEF tilldelades projektet andra plats från internationella på System Engineering (INCOSE). Projektet också vunnit första pris i medicinsk teknik och bästa i mässan för materialvetenskap vid Virginia statliga science fair samt grand pris vid Northern Virginia Regional science fair. Jag är djupt tacksam för denna möjlighet och att alla underbara kolleger science fair deltagare, domare och andra som jag har träffat genom det här projektet.

Concept - istället för att bygga en hand som tvingas kompromissa; utnyttja fördelarna med låg kostnad 3d utskrift att bygga (minst) tre händer som optimerar nyckelparametrar väga, hastighet och vridmoment.

Detta Instructable kommer att fokusera endast på 3-d utskrift och byggnaden av tre motoriserade händer. Det omfattar inte andra viktiga delar av projektet. Jag hoppas att täcka haptic feedback (piezo motorer och transkutan elektrisk nervstimulering) och neurala (myoelektriska avkännare) handel och design i en senare instructable när tid och schema tillåter.

Projektet lånar tungt från flera källor i öppen källkod. Särskilt från Patrick S avancerade takt: låg kostnad proteshand
Gael Langevin InMoov öppna Robotics http://inmoov.fr/ och AdvancerTechnologies Myoware sensor http://inmoov.fr/ samt många andra. Jag skulle vilja säga "tack" till alla som bidrar till öppen källkod. Jag vill att "betala detta framåt". Genom att bidra för att öppen källkod hoppas jag kunna inspirera andra att förbättra kvaliteten på minst ett liv. "hjälpa en, hjälpa många"-Mick Ebeling

Video från varje finger design är fäst. Speed finger är särskilt imponerande (videon är i realtid).

1) ultralight Hand - 191 gram (kommersiella $7,000 myoelektriska händer allt från 500 till 800 gram. Användare tillstånd att hög massa är en ledande orsak för att inte bära deras protetik) steg 1-7 illustrera stegen för att bygga en ultralätt hand med SG90 servon kontrolleras av en Arduino Uno. Den totala kostnaden för delar var runt $32.

Nästa steg - The SG90 servon är lätta (9 gram), snabba (60 grader i 0,1 SEK), liten och låg kostnad (~ $2,50). Tyvärr med mycket små plast redskap är de något högljudd och inte extremt tålig. Kan se ut för mer hållbara och tystare suppleanter. 2) hög hastighet Hand - 0.06 sekunder att öppna eller stänga en finger steg 8-10 bygga hög hastighet handen runt 24 volt Maxon RE13 gear motor (13 millimeter diameter, 29 gram, $8). Den totala kostnaden för delar kontrolleras av en Arduino Uno + motor sköld och var omkring $70. På 24 volt i Maxon arbetar redskap motorer med ingen belastning på fingrar nära högsta hastighet av 480 rpm (8 varv/sek). En rotation av ~ 180 grader helt öppnar / stänger varje finger i ~1/16 (~0.06) sekunder. Detta är mer obetydlig snabbare än genomsnittliga mänskliga fingrar och runt 80 gånger snabbare än tillgängliga myoelektriska händer som börjar på ~ $7,000.

Preliminära resultat - The 24 Volt Maxon RE13 Kärnlös redskap motorer är tyst, snabb och verkar mycket hållbara och tillförlitliga. Skrift mjukvaran för att dra nytta av denna hand hastigheten skulle vara en fantastisk nästa projekt. Kanske även programvara "makron" att spela piano, gitarr eller fiol ackord? Eller kombinera med inbyggda sensorer att göra en "smart hand" för att fånga hastighet normala händer kan inte?

3) höga vridmoment Hand = Hook grip med ett enda finger = 20 kg (3d tryckta worm gear kräver noll makt att hålla på plats)

Steg 11-12 illustrera stegen för att bygga en Avmaska utrustar baserat högt vridmoment hand runt 24 volt Maxon RE13 gear motor (13 millimeter diameter, 29 gram, $8). Den totala kostnaden för delar kontrolleras av en Arduino Uno + motor sköld och var omkring $70.

Bakgrund - mitt mål är att bygga en bättre proteshand. Hand förlust är mycket förödande. Rollen som handen i människans liv är inte begränsat till rörelser, men är avgörande för gester, smekande, kommunikation och sensation. Tyvärr uppskattas det att en av 200 personer i USA har haft en amputation och ungefärligt 135.000 amputation operationer sker årligen. Titta in i framtiden, med stigande priser av diabetes det totala antalet människor som bär protes förväntas nå 2,4 miljoner 2020 (Dede).

Dagens protetik har betydande utrymme för förbättringar. Kostnaden för den mest avancerade myoelektriska händer början på runt $7,000 och komplett med beslag kan överstiga $40.000. Och enligt de senaste opinionsundersökningarna, 20% av användarna överge händerna mycket dyrt på grund av vikt (dagens kommersiella myoelektriska händer vanligtvis väger > 500 gram) och eftersom handen är för långsam. (Biddiss, Chau) (Pylatiuk).

Genom att skriva ut händer snabbt och till låg kostnad, kan vi vända ett paradigm för design kompromiss som för närvarande är begränsande protetik. Skriva ut flera olika utföranden som är optimerade för varje program i stället för kompromiss. Att spela frisbee? Använd en hög hastighet hand. Trädgårdsskötsel? Växla till en högt vridmoment hand. Arbetat hela dagen på kontoret. Använda en ultralätt hand. Konstruktioner med flera händer och flera specialiserade verktyg kan göras. Integrera kockens verktyg, en kirurgens kniv eller en konstnärs stämjärn och borstar kan bli den nya verkligheten.

Mer information om jag började genom att skriva ut sidan Gael Langevin InMoov http://inmoov.fr/ om min Lulzbot Mini 3D-skrivare i ABS. Den InMoov handen är briljant enkelt och relativt enkel och lätt att skriva ut. Med arduino/servo kontroll är programmera relativt enkla att lära. Tyvärr (för användning som en protes) design använder servon i underarmen (svårt att integrera med arm) och senor (hög drar) passerar genom handleden, palm och genom fingrarna. Gael Langevin har arbetat på detta problem http://inmoov.fr/ men en slutlig design är inte redo att släppas.

Jag nästa tryckta Patrick S, takt: låg kostnad avancerade protetiska Hand The TACT hand design är fantastiskt! Instruktionerna är komplett och lätt att följa. TACT finger 2 gemensamma /linkage design är enkla att skriva ut och fungerar riktigt bra. Det fanns emellertid två områden som jag trodde skulle kunna förbättras. Även om moll, rekommenderar takt handen Escap 16 Kärnlös Gear motor. På 16 millimeter och ~ 39 gram är denna Escap motor lite större och tyngre än önskat. Manöverdonet är en ståltråd (senor) som är avsedd att linda runt en 3-d tryckt cylinder att dra i fingret. Tyvärr hittade jag cykel livstid av dessa ledningar var ofta kort. Över tiden tenderade manöverdonet tråd (senor) att trötthet och misslyckas. (Detta fel kan bero på att jag bygga dessa manöverdon felaktigt?)