Projets:Poignet Nolan Electrique

Description du projet

Le poignet Nolan est un poignet taille S détachable pour prothèses du membre supérieur. Il s'agit d'une interface mécanique composée de deux parties (mâle-femelle) facilement détachable dont l'une (femelle) est intégrée dans une emboiture de prothèse d'avant-bras. L'autre partie (mâle) est fixée sur un outil qui devient par conséquent interchangeable avec d'autres outils équipés également de l'interface mâle. Les pièces du poignet sont usinées en aluminium assurant un maximum de solidité.

Le but du projet est d'adapter le poignet pour y brancher une main électrique, c'est-à-dire, modifier la conception du poignet afin de permettre le passage d'électricité (courant électrique 7,2V + signaux d'ouverture/fermeture envoyé par les capteurs EMG) et permettre l'interchangeabilité de la main grâce à une connectique simple.

shema description prothèse electrique

Il est important que ce poignet soit réalisable à moindres coûts, avec des outils/machines accessibles facilement et par tout le monde. Le propriétaire doit aussi être en capacité de le réparer facilement grâce à des plans, eux aussi accessibles.

Cahier des charges

Nous partons du constat que le poignet mécanique est fiable

• Brancher et débrancher électriquement la main rapidement (possibilité d'interchanger des outils électrifiés)
• Avoir au moins 4 contacts (+, -, signal 1, signal 2, autres signaux optionnels)
• Assurer le contact électrique même avec une rotation du poignet (réglage en position)
• Utiliser des composants standards
• Résiste au courant électrique
• Facile a réalisé et a réparé
• Prix bas
• Petit et léger
• Open source du projet
• Esthétique
• Disponible en différentes tailles

Analyse de l'existant

Plusieurs entreprises proposent déjà des poignets électriques notamment:

TSR Prosthétics:ici

Ottobock:ici

Mais leurs projets ne sont pas en open source et ont des prix élevés.

L'entreprise Orthopus ici s'est alors inspiré du poignet mécanique de Ottobock pour réaliser le leur et le rendre open source en 2020.

poignet Orthopus

Suite à ça, le lycée Saint Aubin La Salle à Angers a réalisé en 2022 avec la classe de BTS CIM le poignet Nolan (taille S) disponible en Open Source. Ce projet est basé sur les poignets déjà existants cités ci-dessus.

• 

  Poignet Nolan 1
• 

  Poignet Nolan 2

Après comparaisons des 2 poignets disponibles en open source (poignet Nolan taille S et poignet Orthopus taille M), j'ai constaté que le poignet Nolan a été optimisé pour rendre les pièces faciles à produire avec des machines numériques conventionnelles.

J'ai donc décidé d'utiliser le poignet Nolan pour mon projet d'électrification de poignet que je réalise dans le cadre de mon stage d'étude chez My Human Kit d'un mois (BTS CRSA)

Equipe (Porteur de projet et contributeurs)

• Porteurs du projet : Nicolas
• Concepteurs/contributeurs :Nicolas et Mathis
• Animateur (coordinateur du projet) :Nicolas
• Fabmanager référent :Nicolas
• Responsable de documentation :Mathis et Nicolas

Matériel nécessaire

Quincaillerie :

• Vis CHC, M5x0,8 longueur 13mm
• Ressort d3-0.3-10

Matière / brut :

• 2x Brut alu de au moins 5x38x13 mm
• Brut alu de au moins Diamètre 32 mm
• Brut alu de au moins Diamètre 5 mm
• 2x Brut alu de au moins Diamètre 1,5 mm
• Taule de au moins 2x50x10
• Taule de au moins 2x22x10

Outils nécessaires

Machines :

• Tours 2 ou 3 axes
• Perceuse a colonne
• Fraiseuse numérique
• Plieuse de taule

logiciel

• Fusion 360, logiciel de dessin/conception 3D (gratuit)

Journal de bord

Lundi 23 mai

Découverte du poignet Nolan crée au lycée Saint-Aubin La Salle à Angers par la classe de BTS CIM ( Conception et Industrialisation en Microtechnique ).

Du Lundi 23 mai au Mercredi 25 :

Étude et comparaison des 2 poignets disponible en Open Source ( Poignet Nolan et Poignet Orthopus). Pour cela, les dessins 3D et le montage des poignets ont été analysés.

comparaison des 2 poignets démontés

C’est le poignet Nolan qui a été retenu pour sa fabrication simple et peu coûteuse, son design ovale, son poids plus léger et sa simplicité de montage/démontage et de réparation.

Lundi 30 mai :

Il fallait trouver un moyen d’électrifier le poignet Nolan grâce à une connectique simple qui fait passer du courant et des signaux de l’emboîture jusqu’à la main.

shema d'électrification du poignet

Nous avons étudié la connexion qu’utilisait l’entreprise Orthopus mais celle-ci n’était pas très simple à réaliser et donc il fallait une autre solution.

Après avoir fait une liste des connexions auxquelles nous avons pensé, nous les avons comparés avec ces critères :

• Faire passer 3 ampères en utilisation max
• Être coaxiale pour faire tourner la main
• Simple d’utilisation
• Pourvoir faire passer au moins 4 fils
• Ne pas être trop cher
• Esthétique

liste des différentes connexions auxquelles nous avons pensé

C’est la prise jack qui a été retenue car elle remplit tous ces critères.

Une étude de la prise jack a été faite pour choisir laquelle utiliser car il en existe plusieurs :

Du Mardi 7 juin au Vendredi 10 juin :

Nous avons réfléchi à un moyen d’intégrer la prise jack à l’assemblage du poignet Nolan. Pour mettre en forme nos idées plusieurs dessins d’assemblage ont été réalisées mais une solution a été gardée.

dessin assemblage

L’assemblage de la prise jack a également été faite en 3D sur le logiciel fusion 360.

Mercredi 8 juin :

Teste de la prise jack sur la pince tri-digitale de l’entreprise Ottobock pour savoir si la connexion jack supporte le passage de courant et transmet bien les signaux.

teste de la prise jack sur la pince tri-digitale 1

teste de la prise jack sur la pince tri-digitale 2

La Prise jack marche parfaitement sur la pince tri-digital de Orthopus.

Du vendredi 10 juin au mardi 14 juin :

Les dessins 3D du poignet Nolan ont été réalisés sur le logiciel Solidworks par les élèves du lycée Saint Aubin La Salle. Mais le logiciel n’est pas en open source donc toutes les pièces ont été reproduites sur le logiciel Fusion 360 pour faciliter l’accès.

dessin assemblage poignet électrique sur fusion360

Mercredi 15 juin :

Premier prototype en 3D du poignet avec l’intégration de la prise jack. C’est une réussite malgré quelques modifications à apporter sur le dessin 3D.

photo du prototype 1

photo du prototype 1

Jeudi 16 juin :

Nous voulions modifier le dessin 3d de l’interface emboîture pour y ajouter des taraudages sur le côté pour pouvoir fixer le poignet à l’emboîture grâce à des vis plutôt que de le couler dans la résine. Cela aurait permis le changement de l’interface emboîture en cas de problèmes. L’idée a finalement été abandonnée car trop compliqué à réaliser en usinage, donc ça ne valait pas le coup.

Du lundi 20 juin au mardi 28 juin :

Réalisation de mises en plans de chaque pièce du poignet pour aider a leurs réalisations plus tard. J’ai dans un premier temps fait les mises en plans à partir du dessin 3D. Puis le lycée de Angers qui a réalisé le poignet m’a transmis leurs mises en plans que j’ai comparés avec les miennes Pour en faire une version finale.

mise en plan 1

mise en plan 2

Jeudi 23 juin :

Mise au point des avancer du projet avec le Lycée Joliot Curie a Rennes Impression d’un 2e prototype du poignet et l’intégration électrique avec les imprimantes 3D (Modèle?) plus performantes du lycée technique Joliot Curie a Rennes

Vendredi 24 juin :

Montage du prototype numéro 2 et de la prise jack sur la pince tri-digital de Otrhopus. Le branchement électrique du poignet et sa prise jack fonctionne, le pince se contrôle bien, juste quelques ajustages, modification du dessin 3d pour un prochain prototype.

Mardi 5 juillet :

Impression de deux autres prototypes du poignet électrique au lycée Joliot Curie. Puis montage du prototype sur la pince tri-digital. Le montage est bon, le branchement électrique du poignet et sa prise jack fonctionne, le pince se contrôle bien, c'est un prototype fonctionnel.

prototype finale du poignet électrique monter sur la pince tri-digitale photo 1

prototype finale du poignet électrique monter sur la pince tri-digitale photo 2

prototype finale du poignet électrique monter sur la pince tri-digitale photo3