Projets:Bionicohand

Description du projet

Bionicohand/prothèse d'avant-bras commandée par des capteurs musculaires.

Une prothèse de main bionique à prix abordable et à réparer soi-même là ou le marché n’en propose qu’à partir de 40 000 à 70 000€ et qu’il faut envoyer à réparer en cas de panne.

Une prothèse myoéléctrique est destinée aux personnes handicapées de la main afin de retrouver une autonomie au quotidien (vie sociale, professionnelle, transport etc.), bien que très utile, leurs fonctions restent toutefois limitées (pince en opposition).

En France, ces prothèses sont remboursées par la sécurité sociale. L’amélioration des technologies a fait apparaitre des prothèses perfectionnées, permettant plus de possibilitée de mouvements (pince latérale, crochet, index etc.) et une meilleure esthétique. Ces prothèses poly-digitales ne sont pas remboursées et coûtent « un bras », de 30 000 à 70 000 euros.

Le projet a pour but de fédérer une équipe autour de la construction d’une prothèse du membre supérieur à bas coûts, en utilisant des pièces standardisées et open source, facilement réparable et donc accessibles aux personnes à faibles ressources financières. Ce projet ne vient pas concurrencer les fabricants de prothèses destinées aux pays à couvertures sociales ou aux personnes à situations financières confortables. Il souhaite apporter une aide aux pays émergents n’ayant pas l’accessibilité à l’appareillage prothétique. Le projet comporte 3 motivations : la passion envers la technologie, le partage des savoirs ; la volonté et le désir d’aider les autres ; un mécontentement du monde dans lequel nous vivons aujourd’hui. Depuis sa création en février 2013 le projet Bionicohand a été doublement récompensé à la Maker Faire de Rome lui offrant une envergure internationale. Le projet intègre l’association My Human Kit créée en janvier 2014, lui donnant un statut juridique afin d’obtenir des fonds pour la recherche et de collaborer avec des universités, centres de recherche etc

Alimentation

Objectifs

Inventer un système d'alimentation électrique discret, fiable, abordable et sans danger pour le bon fonctionnement de la prothèse myoélectrique.

• Contraintes :
  • 7.4V, 1000mAh min, pic de 2A
  • Recharge par câble usb (Ex : micro-usb, usb-C, apple...)
  • Composants standards (ex: accumulateurs 18650) et de préférence discrets (ex : accumulateurs 14500)
  • Interrupteur pour éteindre et allumer la prothèse instantanément (pas de temporisation à la mise hors/sous tension)
  • Indicateur visuel de décharge
  • Dispositif sécuriser et sécurisant (dissipation thermique des composants, gestion des éléments de la batterie)

• Le système d'alimentation comporte les éléments suivants:
  • Batterie : Alimente la main électrique et les électrodes
  • BMS (Batery Management System) : Gère la charge/décharge de la batterie et protège contre les courts circuits
  • Convertisseur DC/DC : Assure la stabilité du voltage
  • Interrupteur ON/OFF : Coupe l’alimentation de la main permettant de maintenir un objet serré sans contraction
  • USB in : Port de recharge de la batterie (micro USB, USB-C...)

Choix du moteur DC

Ce modèle à été sélectionné pour sa compacité et ses performances. D'après la documentation technique du micromoteur à courant continu sa tension nominale est de 6V mais sera utilisé à 7,4V, il est donné pour 1,6A.

Choix des batteries

• Lithium Ion
  • + moins fragile/sensible que lipo
  • - taille importante
  • schéma circuit de charge batterie 18650

https://easyeda.com/editor#id=0230096a9fb042b7be7ebfa42fd3e3d1

• Lithium Polymère
  • -danger si batterie percée
  • + gain de place

Choix du convertisseur DC/DC

Objectifs :

Déterminer le matériel capable de maintenir une tension stable en sortie en fonction du taux de charge de la batterie. La charge du moteur sera simulée par une résistance de 250W de valeur : - 5 Ohm pour le fonctionnement en charge du moteur - 10 Ohm pour le fonctionnement nominale du moteur

Ce circuit permet de déterminer les caractéristiques "réel" du convertisseur pour déterminer sa fiabilité dans des conditions extrêmes : batterie faible, charge moteur élevée et charge nominale.

On mesure alors les tensions et courants d'entrée Vin / Iin et de sortie Vout / Iout

La températures des composants est déterminé grâce à une caméra thermique.

Test du convertisseur DC/DC MT3608

[MT3608] : tension d'entrée 2-24V, tension de sortie 5-28V, max 2A

Conclusion :

La carte ne tient plus ses spécifications lorsque l'on dépasse 1A.

Elle n'a donc pas les caractéristiques nécessaires pour alimenter le moteur dans les conditions envisagées.

Test du convertisseur DC/DC XL4005E1

[carte XL4005E1 ] : tension d'entrée 5-32V, tension de sortie 0.8V-30V, 5A nominal, max 8A.

Sources/Références

• Moteur à tester pour le système de batterie : (tension nominale 6V) : https://www.faulhaber.com/fileadmin/Import/Media/FR_2224_SR_DFF.pdf

Mécanique

Créer un mécanisme d’abduction du pouce (mouvement permettant de le positionner en position latérale ou opposée) sans intervention manuelle (avec la main opposée) de utilisateur/trice.

Suite aux différents prototypes testés le cahier des charges à évolué

Contraintes :

• fragilité des pièces imprimées
• problématiques de coûts (abordable)
• réparabilité
• partage des plans qui évite délais d’approvisionnement
• ethétique : donner envie à une personne de porter une prothèse

Comparer différents moyens de fabrications

• impressions materiaux fibrés carbone, métal
• usinage (+ de fraiseuses que d'imprimantes 3D disponibles) permet de créer des pièces de rechanges via réseaux de lieux où réparation est possible

Modification du mécanisme développé par ORTHOPUS

• Système mécanique bielle rotule originale.

https://www.google.com/url?q=https://a360.co/3zS57ay&sa=D&source=hangouts&ust=1634743749754000&usg=AOvVaw0Cu_HQ-o3iQ_Xw9to0P9Tz

• Création d'une cinématique pour imaginer les solutions techniques possibles

Ajout d'un système de bielle pour créer les liaisons nécessaires aux différents mouvements

Créations de 2 pièces :

• Pivot Pouce

La pièce jaune forme l'ensemble qui fera pivoter le pouce

• Motorisation du majeure par bielle

Entraînement du majeure par une bielle accouplé au disque (élément de la pièce pivot-pouce)

Préparation de l'intégration des nouvelles pièces, taille emplacement de pièces pour installer le nouveau système

• Modification du support supérieur du pivot pouce

• Ajout d'une poulie pour simuler la motorisation

Références/ Sources

• Ottobock a également breveté une version de la prothèse Michelangelo avec un seul moteur

(deux dans le version originale), afin de proposer une version plus fine : https://patents.google.com/patent/DE102018100173A1/de

• Schunk, entreprise allemande spécialisé système de préhension

• SSSA My Hand :https://www.youtube.com/watch?v=fH2MVtCMwGg

Alimentation

Liens utiles

• Lien vers le Geslab
• Lien vers le tutoriel " Main Exiii avec 2 capteurs musculaires + rotation du pouce" sur le site My Human Kit
• Lien vers le tutoriel "HACKberry main droite" sur le site de My Human Kit
• Lien vers la page du projet sur le site de My Human Kit

Emboiture DIY

Ce projet a été réalisé dans le cadre du Fabrikarium à Bombay et documenté en anglais sur le site Hackaday https://hackaday.io/project/51171-diy-prosthetic-socket