Mão + Circuito eletrônico

Abaixo esta um vídeo mostrando o funcionamento da mão. Infelizmente eu não consegui colocar os circuitos dentro de um braço porque eles são grandes demais. O ideal seria construi-los com componentes smd.
Espero que gostem...

Mão completa

Finalmente terminei a impressão de todas as partes da prótese. Os servo motores chegaram semana passada. Já esta tudo montado, veja as figuras abaixo.

Circuito eletrônico completo

Recebi alguns emails perguntando sobre o circuito eletrônico. Portanto, eu resolvi postá-lo aqui. Atenção: A alimentação de todos os amplificadores operacionais é +9V e -9V.

Circuito eletrônico

Já estou trabalhando no circuito de aquisição e processamento do sinal mio-elétrico. O vídeo abaixo mostra o resultado obtido até agora.

A figura abaixo representa o diagrama de blocos de um sensor mio-elétrico. Não pretendo entrar muito em detalhes, pois trata-se de um assunto muito extenso.

1)O bloco de pré-amplificação é constituído de um amplificador bipolar de instrumentação, o seu ganho é de 8.
2)O bloco de filtragem é composto por um filtro passa baixas de ordem 2, com frequência de corte 150Hz. Este filtro é ligado em série com um filtro passa altas de ordem 2, com frequência de corte 80Hz.
3)O bloco de Amplificação é composto por um amplificador não inversor com ganho variando entre 0 - 100.000.
4)O circuito retificador é composto por um retificador completo de precisão(formado por amplificadores operacionais).

A saída desse circuíto será um sinal DC que varia quando o músculo é flexionado (este tipo de sensor não é apropriado para reconhecimento do padrão de sinal mio-elétrico).
Se você quiser aprender mais sobre sensores mio-elétricos, eu aconselho a leitura do artigo denominado:

Signal acquisition using surface EMG circuit - Design considerations for robotic prosthesis

Impressão da base da mão

Bom, a impressão da base da mão(Costas da mão) já esta concluída e o resultado esta retratado nas figuras a seguir.

O resultado ficou bem legal. Entretanto, os dedos ficaram grandes demais. Parece que eu errei um pouco nos cálculos. Não irei imprimí-los novamente porque não tenho muito material disponível. O próximo passo será a impressão da tampa(palma da mão) e das juntas do polegar.

Alteração da estrutura da mão

Acabei optando por alterar a base da mão e as juntas do dedo polegar. Como pode ser notado, no poste anterior, o dedo polegar possuía movimentação em apenas um plano. Entretanto, com a alteração feita, o polegar irá poder se movimentar em dois planos. Isso aumentará muito o usabilidade da mão. Observe a figura a seguir.

Bom, o design da mão não esta muito bom porque ando meio sem tempo para trabalhar no projeto. De qualquer maneira, a sua funcionalidade permanece sempre em primeiro lugar. O próximo passo será a impressão da base da mão.

Projeto da estrutura da mão

 Após o projeto do dedo e verificação do seu funcionamento, foi projetado a estrutura da mão(costas da mão). Essa parte é responsável por abrigar todos os servo-motores e dedos. A figura abaixo retrata a estrutura projetada.

 Após o projeto da mão, os outros dedos e tendões foram projetados, como pode ser visto na figura a seguir.

O próximo passo será a impressão da estrutura da mão(costas da mão) e dos dedos e tendões.

O novo devo

O novo dedo projetado tem a mesma mecânica do dedo anterior. Entretanto seu design é bem mais simples. A minha ideia foi focar unicamente na mecânica e funcionamento. Primeiramente eu projetei e imprimi o dedo de teste mostrado nas figuras a seguir

Após a impressão eu utilizei um gerador de sinais para gerar um sinal PWM e testar o funcionamento do dedo (abertura e fechamento). O vídeo a seguir retrata o teste do dedo. Atenção, não foi usado nenhum tipo de controle de velocidade, por isso o movimento do dedo esta um pouco rápido e bruto.

Bom, dessa vez deu tudo certo e o dedo funcionou perfeitamente. O próximo passo será projetar a estrutura da mão e melhorar um pouquinho a estética do dedo.

Os primeiros problemas!

É gente, o projeto do dedo não deu muito certo. Eu já estava esperando por isso. Afinal, nada da certo na primeira vez!
Primeiramente, eu gostaria de falar que as partes que relacionam a falange distal, média e proximal funcionaram perfeitamente. Tudo se encaixa e se movimenta de acordo com o proposto. O problema ocorreu no tendão proximal mostrado na figura abaixo. O tendão é responsável por conectar o servo motor à falange proximal.

O tendão proximal esta projetado corretamente, o verdadeiro problema é a pequena distância entre o eixo de conexão do tendão distal e o eixo de rotação da falange proximal(Figura a seguir).

Esta pequena distância gera uma série de problemas. Um desses problemas consiste no fato de que uma pequena movimentação do tendão proximal gera uma grande rotação do dedo. Outro problema esta relacionado ao torque, quanto menor for esta distância, maior será o torque que o motor exercerá.

Como solução, irei projetar o dedo novamente com uma distância maior entre os eixos. Vou calcular tudo certinho dessa vez. Além disso, irei projetar formas mais simples e desconsiderar o design um pouco, pois ele toma grande parte do tempo. Então pretendo focar unicamente no funcionamento da mão e mais para frente eu a embelezo.

Primeiro dedo montado

Esse é o resultado do primeiro protótipo. Depois irei comentar um pouquinho sobre os problemas encontrados.

Base de testes

Acabei de imprimir a base de teste e os tendões. Veja o resultado nas fotos abaixo.

Impressão da falange proximal

Acabei de imprimir a falange distal. Confira as fotos abaixo.

O próximo passo será a impressão da base de teste e dos tendões.

Impressão da falange distal e média

Acabei de imprimir a peça que representa as falanges distal e média de um dedo. Observe as fotos abaixo.

 A próxima etapa será a impressão da peça que representa a falange distal.

Projeto dos tendões

     Basicamente, cada dedo terá dois tendões. Um deles será responsável pela movimentação da peça que representa a falange dista e média em relação à falange proximal; o outro será responsável pelo movimento da falange proximal através da movimentação do eixo do motor. Observe a foto a seguir:

     A próxima foto mostra o posicionamento dos tendões em relação as falanges.

     O tamanho exato dos tendões e a sua localização é de extrema importância, pois estes afetam diretamente a movimentação. Através de geometria simples é possível calcular essas dimensões. Cada dedo terá tendões de tamanhos diferentes, pois os comprimentos das falanges também variam. Não comentar sobre os cálculos das dimensões, mas quem estiver interessado sinta-se à vontade para me mandar um e-mail.
    O próximo passo será a impressão 3D das peças em verde acima e a montagem da base de testes.

Projeto da base de testes

O propósito da base é testar o funcionamento do dedo antes da impressão completa da mão. Deste modo, material e tempo pode ser economizado caso haja algum problema. A base consista apenas de um apoio para para o eixo do dedo e um suporte para o servomotor. A figura abaixo representa a base projetada.

Na imagem acima podemos ver o motor(em azul) e a base de testes em verde. A imagem abaixo mostra a falange distal e média, a falange proximal e a base de testes encaixadas.

 A próxima postagem tratará do projeto dos tendões proximal e distal. O tendão distal é responsável pela movimentação da peça que representa a falange distal e média; já o tendão proximal é responsável pela movimentação da falange proximal

Projeto da falange proximal

O projeto da falange distal seguiu mais ou menos o mesmo modelo do projeto da peça que representa a falange distal e média. A foto abaixo representa a peça desenhada.

Esta peça foi projetada para ser encaixada na peça da falange distal e média. Um dos objetivos deste trabalho é construir uma mão biônica de fácil montagem, pretendo fazer com que a maioria das peças sejam encaixadas umas nas outras. Ela foi projetada com o centro oco porque um tendão passará em seu centro. Este tendão será responsável por fazer a falange distal e média se movimentar.

A próxima peça a ser projetada será uma base de testes que conterá um servomotor. Esta base servirá de encaixe para as falanges para ter certeza de que elas estão se movimentando apropriadamente. Escolhi projetar a base de testes para ter certeza que tudo esta de acordo com o planejado, Afinal, não quero imprimir a mão inteira e encontrar um erro trivial que inviabilize o projeto (isso geraria perca de tempo e desperdício de material).

Projeto dos dedos - Falange distal+média

Nossos dedos são constituídos basicamente de três partes: falange distal, falange média, falange proximal. Entretanto, o polegar é uma exceção, pois este só possui duas falanges: falange distal e falange proximal. Quando flexionamos um dedo, são as falanges que se movimentam. No caso do polegar, as falanges e o metacarpo se movimentam. Observe a figura abaixo:

Agora vamos as idéias do projeto. Considerando que usamos muito pouco a movimentação da falange distal em relação à falange média, eu optei por deixa-las juntas com uma angulação permanente de 160 graus. Observe a figura abaixo:

A movimentação das falanges representadas pela figura acima em relação à falange proximal ocorrerá através de um eixo colocado no meio da altura da peça. Observe a figura abaixo:

É isso ai. Estas são algumas das idéias usadas para o projeto dos dedos. Gostaria de ressaltar que não pretendo passar medidas e detalhes específicos do projeto, apenas as ideias principais. Ai vai mais um foto para mostrar a falange distal e média pronta. O próximo passo é o projeto da falange proximal.

A proposta

Decidi criar este blog para compartilhar o projeto e desenvolvimento de uma mão biônica que eu estou fazendo como trabalho de conclusão de curso. As propostas são as seguintes: 1)Desenvolvimento de uma mão biônica de baixo custo 2)A mão será ativada através de sinal mioelétrico 3)Possível desenvolvimento de um software computacional 4)Criação de um protótipo através do uso de uma impressora termoplástica 3D