Différences entre versions de « Projets:A'Grip »

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|Evènement associé=Fabrikarium Palavas 6 au 8 juin 2023
 
|Evènement associé=Fabrikarium Palavas 6 au 8 juin 2023
 
|Porteur de projet=Rime et sa maman Souad
 
|Porteur de projet=Rime et sa maman Souad
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|Contributeurs=ChristineAzevedo, Sophie, Benjamin, Antoine, Delphine
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|Contributeurs=ChristineAzevedo, Sophie, Roger, Benjamin, Antoine, Delphine
 
|Fabmanager=Sijobert
 
|Fabmanager=Sijobert
 
|Animateur=ChristineAzevedo
 
|Animateur=ChristineAzevedo
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Rime a 6 ans, elle souffre d’une paralysie cérébrale. Elle utilise ponctuellement un déambulateur mais oublie de maintenir sa main gauche sur la poignée (héminégligence). Elle va bientôt recevoir un nouveau déambulateur qui aura des poignées verticales et des supports antébrachiaux.
 
Rime a 6 ans, elle souffre d’une paralysie cérébrale. Elle utilise ponctuellement un déambulateur mais oublie de maintenir sa main gauche sur la poignée (héminégligence). Elle va bientôt recevoir un nouveau déambulateur qui aura des poignées verticales et des supports antébrachiaux.
  
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[[Fichier:Rime.png | 300 px |Rime et son déambulateur]]
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[[Fichier:Rime.png | 200 px |Rime et son déambulateur]]
  
 
* '''Porteuses de Projet''' : Rime et sa maman Souad
 
* '''Porteuses de Projet''' : Rime et sa maman Souad
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* '''Concepteur.e.s, contributeurs/contributrices''' : Antoine (ergothérapeute St Pierre), kiné1, kiné2, Sophie (Humanlab ArianeGroup),
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* '''Concepteur.e.s, contributeurs/contributrices''' : Antoine Camallonga (ergothérapeute St Pierre), Marion Thoma (Kinésithérapeute), Sophie Cherqui (Humanlab ArianeGroup), Benjamin Niess (Humanlab Autonabee), Delphine Bézier (My Human Kit), Valentin Maggioni (Doctorant INRIA), Christine Azevedo (Directrice de Recherche HumanLab INRIA), Roger Pissard-Gibollet (Ingénieur de Recherche HumanLab INRIA), Judith Maurin (APA’MOUV), Tanguy Dréan (APA’MOUV),  
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Benjamin (Humanlab Autonabee), Delphine (My Human Kit),xx (Doctorant INRIA), Christine Azevedo (Directrice de Recherche HumanLab INRIA), Roger Pissard Gibollet (Ingénieur de Recherche HumanLab INRIA), Judith Maurin (APA’MOUV), Tanguy Dréan (APA’MOUV),  
 
 
* '''Animateur''' : Christine Azevedo
 
* '''Animateur''' : Christine Azevedo
 
* '''Fabmanager référent''' : Benoît Sijobert (Fab Manager HumanLab Saint Pierre)
 
* '''Fabmanager référent''' : Benoît Sijobert (Fab Manager HumanLab Saint Pierre)
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== Cahier des charges ==
 
== Cahier des charges ==
  
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Rime a 6 ans, souffre d’une paralysie cérébrale (PC). Elle utilise ponctuellement son déambulateur pour marcher sur un périmètre de marche réduit mais elle oublie de maintenir son bras gauche sur le déambulateur. On est donc parti avec les besoins suivants :
  
 
=== Pré-requis Transformer le déambulateur ===
 
=== Pré-requis Transformer le déambulateur ===
−
Transformer le déambulateur actuel pour être le plus représentatif possible au futur déambulateur de Rime :supports antébrachiaux & poignée verticale
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Transformer le déambulateur actuel pour être le plus représentatif possible du futur déambulateur de Rime : supports antébrachiaux & poignées verticales
  
  
 
=== Réaliser un système d’alerte ===
 
=== Réaliser un système d’alerte ===
  
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* Détecter/anticiper le lâcher prise (diminution force avant que la main lâche la poignée)
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* Détecter/anticiper le lâcher de la prise (diminution de la force avant que la main ne lâche la poignée)
 
* Avertir du relâchement de la poignée par un signal sonore ou vibratoire
 
* Avertir du relâchement de la poignée par un signal sonore ou vibratoire
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A* ctiver le système seulement si la poignée droite est tenue et qu’il y a une volonté de déplacement  
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* Optionnel : Activer le système seulement si la poignée droite est tenue et qu’il y a une volonté de déplacement
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=== Autres ===
 
=== Autres ===
  
 
* Outil de rééducation
 
* Outil de rééducation
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* système démontable adaptable à d'autres déambulateurs
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* Système démontable adaptable à d'autres déambulateurs
 
* Eviter trop de déclenchements
 
* Eviter trop de déclenchements
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* Le système doit pouvoir donner plusieurs heures d'autonomie sans recharge
  
 
== Analyse de l'existant et liens utiles==
 
== Analyse de l'existant et liens utiles==
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=== L'existant  ===
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Rime dispose d'un déambulateur du marché (cf. image ci-dessous avec son ancien et futur déambulateurs) qui ne dispose pas de dispositifs haptiques pour donner des indications via les poignées.
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On peut retrouver ce type de solution dans des projets de recherche comme [https://www.inria.fr/fr/handicap-robotique-medicale-perception  Dornell]
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Le déambulateur actuel est un cadre de marche de type nimbo taille S avec des poignées horizontales, le prochain déambulateur sera un Walker MALTE de chez Schuchmann avec appuis antébrachiaux et poignées inclinables.
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[[Fichier:Les deambulateurs.png| 200 px|Les déambulateurs de Rime : ancien et nouveau]]
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=== Nos choix  ===
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On propose d'équiper les poignées avec des capteurs et actionneurs bas-couts pour répondre aux besoins de Rime. Des capteurs [https://fr.wikipedia.org/wiki/Capteur_de_force_%C3%A0_r%C3%A9sistance FSR] pour mesurer la pression exercée sur une poignée et un [https://www.lextronic.fr/module-grove-buzzer-piezo-actif-107020000-28969.html buzzer piézoélectrique] pour générer une vibration.
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[[Fichier:Principe-agrip.png|400 px|Principe du projet Agrip]]
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L'objectif général est de détecter si la main gauche "héminégligeante" lâche la poignée lorsqu'on est en phase d'utilisation et d'avertir Rime par une vibration sur la poignée gauche.
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Pour l'implémentation de la commande, nous avons développé 2 solutions : numérique en utilisant un microcontrôleur et tout-analogique.
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=== Etude préliminaire ===
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Pour anticiper l'arrivée du futur déambulateur de Rime, nous avons adapté l'ancien dont nous disposions en le dotant de supports antébrachiaux et de poignées verticales pour qu'il soit proche de l'utilisation du prochain. Pour cela, nous avons dû :
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* dessiner et imprimer en 3D des repose-bras
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* réaliser des poignées verticales adaptables
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De plus, une équipe pluridisciplinaire (ergothérapeutes/kinésithérapeutes) a testé les capacités sensorielles et de force de préhension des deux mains de Rime. L'équipe clinique a pu mettre en avant que la stimulation sensorielle vibratoire au niveau de la paume de la main et des doigts semble être la plus adaptée.
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Les capacités à distinguer un retour vibratoire à l'aide du [https://www.hoptoys.fr/motricite-bucco-maxillaire/z-vibe-ark-p-14003.html Z-vibe] ont été évalués et il a été mis en évidence un temps de latence variable selon la fatigabilité (2-3 sec maximum). Une mesure dynamométrique de la force de serrage de Rime pour les 2 mains a été également réalisée. On peut trouver plus de détails dans ce document [[Media:Préemption Mesures et Orthèse.pdf|Préemption Mesures et Orthèse]].
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Rime possède de bonnes capacités de préhension. Il semble néanmoins que ces dernières soient limitées par un déficit de stabilisation de poignet. Rime favorise une prise polydigitale et à plusieurs reprises des objets peuvent glisser.
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Sur le principe d’effet ténodèse, une combinaison de mouvements spécifiques peut faciliter ou non la fermeture des doigts. Une flexion de poignet inhibe l’action des fléchisseurs des doigts. On retrouve donc plus de difficultés à la fermeture complète des doigts. Dans le cadre de cet objectif de stabilisation, il a été décidé de réaliser une orthèse de stabilisation afin de faciliter la préemption de la poignée gauche.
  
 
== Matériel ==
 
== Matériel ==
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=== Solution Numérique ===
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* 2 modules [https://www.gotronic.fr/art-module-m5stickc-plus2-k016-p2-38409.htm M5StickC-Plus]
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* 2 modules [https://www.gotronic.fr/art-module-prototypage-u060-34017.htm prototypage U060]
 +
* 2 modules batteries externes [https://www.distrelec.fr/fr/18650c-module-porte-piles-pour-m5stickc-m5stack-u080/p/30180772 U080] (optionnel)
 +
* 2 capteurs [https://www.ohmite.com/assets/docs/res_fsr.pdf FSR02-CE]
 +
* 1 [https://www.gotronic.fr/art-module-vibreur-grove-105020003-19026.htm vibreur piezoélectrique Grove]
 +
* 1 [https://www.gotronic.fr/art-lot-de-5-cables-grove-50-cm-22297.htm cable de connection Grove], longueur à choisir suivant l'intégration sur le déambulateur
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=== Solution Analogique ===
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{| class="wikitable"
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|+ Liste des composants
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! Composant !! Valeur || Unité
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|-
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| Potentiomètre || 10 Kohms || 4
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|-
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| Résistance || 1 Kohms || 2
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|-
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| Résistance || 330 ohms || 1
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|-
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| Résistance || 220 ohms || 2
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|-
 +
| Transitor || PNP || 2
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|}
  
 
==Outils==
 
==Outils==
  
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==Coût==
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=== Solution Numérique ===
 +
 
 +
* Fer à souder, pince coupante, pince à dénuder, tournevis
 +
* fils électriques, fil à souder, gaine thermo, chaterton
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* PC avec l'IDE Arduino pour programmer les modules M5StickC-Plus2
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=== Solution Analogique ===
 +
 
 +
* Fer à souder, pince coupante, pince à dénuder, tournevis
 +
* fils électriques, fil à souder, gaine thermo, chaterton
 +
* carte de prototypage
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== Coût ==
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=== Solution numérique ===
 +
 
 +
* avec 1 seul module sur une poignée : moins de 60 euros
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* avec 2 poignées équipées : moins de 110 euros
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=== Solution analogique ===
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 +
* moins de 10 euros
  
 
==Fichiers source==
 
==Fichiers source==
  
−
==Etapes de fabrication pas à pas==
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* Plan 3D du support antébrachial : [https://github.com/humanlab-network/agrip/blob/main/cao/Support_antebrachial.3mf fichier 3mf pour le slicer Prusa]
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 +
* Plan 3D du support du module M5StickC-Plus2
 +
* Code source pour les modules M5StickC-Plus2 sur le projet [https://github.com/humanlab-network/agrip github a'Grip]
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 +
==Étapes de fabrication pas à pas==
 +
 
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==== Étape préliminaire ====
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===== Transformation du déambulateur =====
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Le but est d'adapter les poignées du déambulateur actuel pour se rapprocher du système final.
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'''Réalisation du repose-bras'''
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Pour cela, le support antébrachial (repose bras)  a été modélisé en 3D puis imprimé
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[[Fichier:support_antebrachial.jpg|200 px|Support antebrachial]]
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'''Réalisation des poignées'''
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Les poignées sont des tubes PVC avec une interface coudée pour se relier au tube du déambulateur; cette interface a été réalisée avec des pastilles Polymorph.
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[[Fichier:Polymorph.jpg|200 px|Poignée coudée en polymorph]]
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'''Montage sur le déambulateur'''
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[[Fichier:deambulateur_vue_haut.jpg|200 px|Deambulateur vue de haut]]
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 +
===== Fabrication de l'orthèse de stabilisation =====
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Antoine, Ergothérapeute, a réalisé l'orthèse antébrachiopalmaire de stabilisation de poignet en thermoformable perforée en 3.2mm avec maintien à l'aide de velcros.
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[[Fichier:Orthese1.jpg|200 px|Vue face de l'orthèse]]
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[[Fichier:Orthese2.jpg|200 px|Vue pile de l'orthèse]]
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=== Instrumentation du déambulateur ===
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Les étapes d'instrumentation sont :
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* Intégrer 2 capteurs de pression FSR sur les 2 poignées du déambulateur. Ce sont des capteurs de force en bandes découpables et pouvant être collées autour des poignées. On découpe les FSR sur environ 9 cm, et on mesure leur résistance :
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  * Rfsr_d= 14K
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  * Rfsr_g=10k
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* Rallonger des fils FSR de façon à pouvoir les utiliser sur les modules de traitement (numérique ou analogique)
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* Intégrer le capteur d’alerte vibreur dans la poignée gauche
 +
* Passage des câbles entre poignée droite et gauche pour relier le capteur d'alerte au module (numérique ou analogique)
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* Réaliser 2 manchons de poignées en néoprène pour faciliter la prise et masquer les capteurs. Ces poignées ont été découpées dans des chaussons de plongée et cousues par la suite.
 +
* Conception et impression 3D du support des modules M5StickC_Plus2
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[[Fichier:Support module profil.jpg|300 px|Support module M5stickC-Plus2 profil]]
 +
[[Fichier:Support module face.jpg|300 px|Support module M5stickC-Plus2 face]]
 +
 
 +
=== Solution numérique ===
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[[Fichier:Archi numerique.png|300 px|Architecture numérique]]
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==== Câblage ====
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La solution consiste à brancher un FSR sur l'entrée G25/36 de chaque module avec un pont diviseur d'une résistance R=2 Kohms. Le module gauche active le vibreur par la sortie G33. Les deux modules sont reliés par la voie G26 (en bleu sur le schéma) pour communiquer un état entre eux.
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On peut trouver les détails sur le schéma électrique ci-dessous et la vue de la réalisation de la connectique sur le module prototype (hors connection vibreur qui est du coté connecteur Grove du module M5Stick)
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[[Fichier:Schema sol numerique.jpg|300 px|Schéma électrique pour la solution numérique]]
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[[Fichier:Connectique proto.jpg|300 px|Photo connectique FSR/comm]]
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Ensuite, il faut :
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* Intégrer les modules M5stick droite/ gauche sur les modules batterie reliés au déambulateur via le support prévu à cet effet. Cette intégration est optionnelle, car les M5stick ont une autonomie suffisante (sans batterie additionnelle) pour assurer plusieurs heures de fonctionnement de A'grip.
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==== Programmation ====
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'''Environnement de programmation'''
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* Sur son PC, installer [https://www.arduino.cc/en/software Arduino IDE]
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* Installer dans cet IDE:
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  * le board support M5StickC-Plus avec la librairie
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  * la librairie OneButton
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Plus de détails peuvent se trouver sur le [https://docs.m5stack.com/en/arduino/arduino_ide site du fabricant M5Stack]
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'''Le code C/Arduino'''
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Le code C/Arduino est déposé sur le site [https://github.com/humanlab-network/agrip github A'grip]
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==== Réglages ====
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Il faut suivre le [[Media:ManuelUtilisateurAgrip.pdf|Manuel utilisateur A'Grip]] pour:
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* Définir le seuil de force minimum souhaité
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* Régler le niveau de vibration
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* Définir le mode SOLO ou DUO
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Le déambulateur équipé avec la solution numérique
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[[Fichier:Deambulateur equipe.jpg|300 px|Le déambulateur équipé avec la solution numérique]]
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=== Solution analogique ===
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Comme le schéma de principe le principe de commande est le même, mais il est assuré par une seule carte analogique qui permet de prendre en compte les 2 pressions FSR et générer un son ou une vibration pour signaliser le fait de lâcher la poignée. Les réglages des seuils de pression sur les poignées est réglé par 2 potentiomètres un pour la droite et un pour la gauche.
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[[Fichier:Archi analogique.png|300 px|Architecture analogique]]
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Le schéma électronique de principe est donné ci-dessous :
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[[Fichier:Schema electronique sol analogique.jpg|600 px|Schema électronique de la solution analogique]]
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Le circuit se sépare en deux parties : une partie main droite qui n’autorise le passage du courant vers la partie main gauche que si le seuil de force main droite est validé, et une partie main gauche qui actionne le vibreur ou le haut-parleur si la force appliquée par la main gauche est insuffisante et que le circuit est alimenté par la partie main droite.
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Pour rappel, le FSR fonctionne comme une résistance variable : plus la force appliquée sur ce dernier est élevée, plus la résistance du FSR sera faible.
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'''Circuit droit'''
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Le courant passe alors directement de l’alimentation vers un transistor NPN en mode interrupteur. Si ce dernier autorise le passage du courant, le circuit alimente directement la partie gauche. La base du transistor est reliée au FSR. Lorsque la force appliquée augmente, la résistance du FSR diminue et la base du transistor devient plus alimentée, ce qui autorise le passage du courant. Le réglage du seuil de force main droite se fait à partir d’un potentiomètre situé en amont du FSR.
 +
 +
'''Circuit gauche'''
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L’alimentation se fait par le circuit droit. Le circuit est similaire à la partie droite mais le FSR est relié à la masse et non pas à la base du transistor. Si la force augmente, la résistance du FSR diminue et le courant ne passe plus par la base du transistor mais par la masse, ce qui "dé-alimente" le haut-parleur ou le vibreur. Le réglage du seuil de force se fait à l’aide d’un potentiomètre situé en amont du FSR.
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On peut finalement  voir la réalisation de la carte en prototype soudé et sa mise en boitier ci-dessous:
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[[Fichier:Schema cablage carte analogique.png|300 px|Schema de cablage de la carte analogique]]
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[[Fichier:Boite analogique.jpg|300 px|Boitier pour la carte analogique]]
  
 
==Retours utilisateurs==
 
==Retours utilisateurs==
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La première utilisation de Rime de son déambulateur équipé lors du Fabrikarium.
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[[Fichier:Rime deambulateur.jpg|400 px|Rime et son déambulateur équipé]]
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Ensuite, Rime a utilisé intensivement pendant plusieurs semaines le dispositif. Elle l'utilise en mode 'solo', un seul capteur est donc nécessaire.
 +
Comme prévu, le matériel a été transféré sur son nouvel déambulateur que Rime devrait utiliser bientôt.
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[[Fichier:Nouveau_deambulateur_instrumente.jpg|300 px|Nouveau déambulateur instrumenté]]
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Pour rappel, le [[Media:ManuelUtilisateurAgrip.pdf|Manuel utilisateur A'Grip]]

Version actuelle datée du 24 juillet 2024 à 14:02

A'Grip

Agrip logo.png

Ce projet recherche ces compétences :

Arduino, Electronique

Informations
Description Projet pour ajouter un vibreur à une poignée de déambulateur pour rappeler de la tenir (cas d'héminégligence).
Evènement associé Fabrikarium Palavas 6 au 8 juin 2023
Catégorie Motricité
Etat d'avancement Réalisés
Techniques arduino
Durée de fabrication de 2 à 4 h
Coût matériel De 50 à 100 euros
Niveau Moyen
Licence by-nc-sa
Date de création 2024-07-14
Équipe
Porteur de projet Rime et sa maman Souad
Contributeurs ChristineAzevedo, Sophie, Roger, Benjamin, Antoine, Delphine
Animateur ChristineAzevedo
Fabmanager Sijobert
Référent documentation Sophie
Partenaires: HLI (Humanlab INRIA), Humanlab Autonabee
Nom humanlab Humanlab_SP
Documentation
Statut de la documentation Partielle
Relecture de la documentation Non vérifiée

Description du projet

Réalisé lors du Fabrikarium Saint-Pierre de Juin 2024.

Rime a 6 ans, elle souffre d’une paralysie cérébrale. Elle utilise ponctuellement un déambulateur mais oublie de maintenir sa main gauche sur la poignée (héminégligence). Elle va bientôt recevoir un nouveau déambulateur qui aura des poignées verticales et des supports antébrachiaux.

Rime et son déambulateur

  • Porteuses de Projet : Rime et sa maman Souad
  • Concepteur.e.s, contributeurs/contributrices : Antoine Camallonga (ergothérapeute St Pierre), Marion Thoma (Kinésithérapeute), Sophie Cherqui (Humanlab ArianeGroup), Benjamin Niess (Humanlab Autonabee), Delphine Bézier (My Human Kit), Valentin Maggioni (Doctorant INRIA), Christine Azevedo (Directrice de Recherche HumanLab INRIA), Roger Pissard-Gibollet (Ingénieur de Recherche HumanLab INRIA), Judith Maurin (APA’MOUV), Tanguy Dréan (APA’MOUV),
  • Animateur : Christine Azevedo
  • Fabmanager référent : Benoît Sijobert (Fab Manager HumanLab Saint Pierre)
  • Responsable de documentation : Sophie (Humanlab ArianeGroup)

Cahier des charges

Rime a 6 ans, souffre d’une paralysie cérébrale (PC). Elle utilise ponctuellement son déambulateur pour marcher sur un périmètre de marche réduit mais elle oublie de maintenir son bras gauche sur le déambulateur. On est donc parti avec les besoins suivants :

Pré-requis Transformer le déambulateur

Transformer le déambulateur actuel pour être le plus représentatif possible du futur déambulateur de Rime : supports antébrachiaux & poignées verticales


Réaliser un système d’alerte

  • Détecter/anticiper le lâcher de la prise (diminution de la force avant que la main ne lâche la poignée)
  • Avertir du relâchement de la poignée par un signal sonore ou vibratoire
  • Optionnel : Activer le système seulement si la poignée droite est tenue et qu’il y a une volonté de déplacement

Autres

  • Outil de rééducation
  • Système démontable adaptable à d'autres déambulateurs
  • Eviter trop de déclenchements
  • Le système doit pouvoir donner plusieurs heures d'autonomie sans recharge

Analyse de l'existant et liens utiles

L'existant

Rime dispose d'un déambulateur du marché (cf. image ci-dessous avec son ancien et futur déambulateurs) qui ne dispose pas de dispositifs haptiques pour donner des indications via les poignées.

On peut retrouver ce type de solution dans des projets de recherche comme Dornell

Le déambulateur actuel est un cadre de marche de type nimbo taille S avec des poignées horizontales, le prochain déambulateur sera un Walker MALTE de chez Schuchmann avec appuis antébrachiaux et poignées inclinables.

Les déambulateurs de Rime : ancien et nouveau

Nos choix

On propose d'équiper les poignées avec des capteurs et actionneurs bas-couts pour répondre aux besoins de Rime. Des capteurs FSR pour mesurer la pression exercée sur une poignée et un buzzer piézoélectrique pour générer une vibration.

Principe du projet Agrip

L'objectif général est de détecter si la main gauche "héminégligeante" lâche la poignée lorsqu'on est en phase d'utilisation et d'avertir Rime par une vibration sur la poignée gauche. Pour l'implémentation de la commande, nous avons développé 2 solutions : numérique en utilisant un microcontrôleur et tout-analogique.

Etude préliminaire

Pour anticiper l'arrivée du futur déambulateur de Rime, nous avons adapté l'ancien dont nous disposions en le dotant de supports antébrachiaux et de poignées verticales pour qu'il soit proche de l'utilisation du prochain. Pour cela, nous avons dû :

  • dessiner et imprimer en 3D des repose-bras
  • réaliser des poignées verticales adaptables

De plus, une équipe pluridisciplinaire (ergothérapeutes/kinésithérapeutes) a testé les capacités sensorielles et de force de préhension des deux mains de Rime. L'équipe clinique a pu mettre en avant que la stimulation sensorielle vibratoire au niveau de la paume de la main et des doigts semble être la plus adaptée.

Les capacités à distinguer un retour vibratoire à l'aide du Z-vibe ont été évalués et il a été mis en évidence un temps de latence variable selon la fatigabilité (2-3 sec maximum). Une mesure dynamométrique de la force de serrage de Rime pour les 2 mains a été également réalisée. On peut trouver plus de détails dans ce document Préemption Mesures et Orthèse.

Rime possède de bonnes capacités de préhension. Il semble néanmoins que ces dernières soient limitées par un déficit de stabilisation de poignet. Rime favorise une prise polydigitale et à plusieurs reprises des objets peuvent glisser.

Sur le principe d’effet ténodèse, une combinaison de mouvements spécifiques peut faciliter ou non la fermeture des doigts. Une flexion de poignet inhibe l’action des fléchisseurs des doigts. On retrouve donc plus de difficultés à la fermeture complète des doigts. Dans le cadre de cet objectif de stabilisation, il a été décidé de réaliser une orthèse de stabilisation afin de faciliter la préemption de la poignée gauche.

Matériel

Solution Numérique

Solution Analogique

Liste des composants
Composant Valeur Unité
Potentiomètre 10 Kohms 4
Résistance 1 Kohms 2
Résistance 330 ohms 1
Résistance 220 ohms 2
Transitor PNP 2

Outils

Solution Numérique

  • Fer à souder, pince coupante, pince à dénuder, tournevis
  • fils électriques, fil à souder, gaine thermo, chaterton
  • PC avec l'IDE Arduino pour programmer les modules M5StickC-Plus2

Solution Analogique

  • Fer à souder, pince coupante, pince à dénuder, tournevis
  • fils électriques, fil à souder, gaine thermo, chaterton
  • carte de prototypage

Coût

Solution numérique

  • avec 1 seul module sur une poignée : moins de 60 euros
  • avec 2 poignées équipées : moins de 110 euros

Solution analogique

  • moins de 10 euros

Fichiers source

  • Plan 3D du support du module M5StickC-Plus2
  • Code source pour les modules M5StickC-Plus2 sur le projet github a'Grip

Étapes de fabrication pas à pas

Étape préliminaire

Transformation du déambulateur

Le but est d'adapter les poignées du déambulateur actuel pour se rapprocher du système final.

Réalisation du repose-bras

Pour cela, le support antébrachial (repose bras) a été modélisé en 3D puis imprimé

Support antebrachial

Réalisation des poignées

Les poignées sont des tubes PVC avec une interface coudée pour se relier au tube du déambulateur; cette interface a été réalisée avec des pastilles Polymorph.

Poignée coudée en polymorph


Montage sur le déambulateur

Deambulateur vue de haut

Fabrication de l'orthèse de stabilisation

Antoine, Ergothérapeute, a réalisé l'orthèse antébrachiopalmaire de stabilisation de poignet en thermoformable perforée en 3.2mm avec maintien à l'aide de velcros.

Vue face de l'orthèse Vue pile de l'orthèse

Instrumentation du déambulateur

Les étapes d'instrumentation sont :

  • Intégrer 2 capteurs de pression FSR sur les 2 poignées du déambulateur. Ce sont des capteurs de force en bandes découpables et pouvant être collées autour des poignées. On découpe les FSR sur environ 9 cm, et on mesure leur résistance :
  * Rfsr_d= 14K
  * Rfsr_g=10k
  • Rallonger des fils FSR de façon à pouvoir les utiliser sur les modules de traitement (numérique ou analogique)
  • Intégrer le capteur d’alerte vibreur dans la poignée gauche
  • Passage des câbles entre poignée droite et gauche pour relier le capteur d'alerte au module (numérique ou analogique)
  • Réaliser 2 manchons de poignées en néoprène pour faciliter la prise et masquer les capteurs. Ces poignées ont été découpées dans des chaussons de plongée et cousues par la suite.
  • Conception et impression 3D du support des modules M5StickC_Plus2

Support module M5stickC-Plus2 profil Support module M5stickC-Plus2 face

Solution numérique

Architecture numérique

Câblage

La solution consiste à brancher un FSR sur l'entrée G25/36 de chaque module avec un pont diviseur d'une résistance R=2 Kohms. Le module gauche active le vibreur par la sortie G33. Les deux modules sont reliés par la voie G26 (en bleu sur le schéma) pour communiquer un état entre eux.

On peut trouver les détails sur le schéma électrique ci-dessous et la vue de la réalisation de la connectique sur le module prototype (hors connection vibreur qui est du coté connecteur Grove du module M5Stick)

Schéma électrique pour la solution numérique Photo connectique FSR/comm

Ensuite, il faut :

  • Intégrer les modules M5stick droite/ gauche sur les modules batterie reliés au déambulateur via le support prévu à cet effet. Cette intégration est optionnelle, car les M5stick ont une autonomie suffisante (sans batterie additionnelle) pour assurer plusieurs heures de fonctionnement de A'grip.

Programmation

Environnement de programmation

  • Sur son PC, installer Arduino IDE
  • Installer dans cet IDE:
 * le board support M5StickC-Plus avec la librairie
 * la librairie OneButton

Plus de détails peuvent se trouver sur le site du fabricant M5Stack


Le code C/Arduino


Le code C/Arduino est déposé sur le site github A'grip

Réglages

Il faut suivre le Manuel utilisateur A'Grip pour:

  • Définir le seuil de force minimum souhaité
  • Régler le niveau de vibration
  • Définir le mode SOLO ou DUO


Le déambulateur équipé avec la solution numérique

Le déambulateur équipé avec la solution numérique

Solution analogique

Comme le schéma de principe le principe de commande est le même, mais il est assuré par une seule carte analogique qui permet de prendre en compte les 2 pressions FSR et générer un son ou une vibration pour signaliser le fait de lâcher la poignée. Les réglages des seuils de pression sur les poignées est réglé par 2 potentiomètres un pour la droite et un pour la gauche.

Architecture analogique

Le schéma électronique de principe est donné ci-dessous :

Schema électronique de la solution analogique

Le circuit se sépare en deux parties : une partie main droite qui n’autorise le passage du courant vers la partie main gauche que si le seuil de force main droite est validé, et une partie main gauche qui actionne le vibreur ou le haut-parleur si la force appliquée par la main gauche est insuffisante et que le circuit est alimenté par la partie main droite.

Pour rappel, le FSR fonctionne comme une résistance variable : plus la force appliquée sur ce dernier est élevée, plus la résistance du FSR sera faible.

Circuit droit Le courant passe alors directement de l’alimentation vers un transistor NPN en mode interrupteur. Si ce dernier autorise le passage du courant, le circuit alimente directement la partie gauche. La base du transistor est reliée au FSR. Lorsque la force appliquée augmente, la résistance du FSR diminue et la base du transistor devient plus alimentée, ce qui autorise le passage du courant. Le réglage du seuil de force main droite se fait à partir d’un potentiomètre situé en amont du FSR.

Circuit gauche L’alimentation se fait par le circuit droit. Le circuit est similaire à la partie droite mais le FSR est relié à la masse et non pas à la base du transistor. Si la force augmente, la résistance du FSR diminue et le courant ne passe plus par la base du transistor mais par la masse, ce qui "dé-alimente" le haut-parleur ou le vibreur. Le réglage du seuil de force se fait à l’aide d’un potentiomètre situé en amont du FSR.


On peut finalement voir la réalisation de la carte en prototype soudé et sa mise en boitier ci-dessous:

Schema de cablage de la carte analogique Boitier pour la carte analogique

Retours utilisateurs

La première utilisation de Rime de son déambulateur équipé lors du Fabrikarium.

Rime et son déambulateur équipé

Ensuite, Rime a utilisé intensivement pendant plusieurs semaines le dispositif. Elle l'utilise en mode 'solo', un seul capteur est donc nécessaire. Comme prévu, le matériel a été transféré sur son nouvel déambulateur que Rime devrait utiliser bientôt.

Nouveau déambulateur instrumenté

Pour rappel, le Manuel utilisateur A'Grip

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