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créer une prothèse de main avec une imprimante 3d


10 réponses à ce sujet

#1 matth1eu

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Posté 04 mai 2014 - 07:38

Je suis un étudiant Français en Roumanie en cinquième année de médecine. En ce moment, j'essaye de développer des prothèses de main ultra low-cost destinées aux enfants ayant perdu leurs doigts ou mal formés génétiquement. J'utilise une imprimante 3d pour produire ce type de prothèses: http://www.francetvinfo.fr/sante/video-une-prothese-de-main-fabriquee-grace-a-une-imprimante-3d_446616.html

Ce type de prothèse ne possède pas de motorisation ni d'électronique, j'aimerai approfondir le système en rajoutant 2 moteurs: un pour mouvoir les 3 doigts (majeur, annulaire et auriculaire) et le second pour mouvoir les doigts de la pince (le pouce et l'index).
Mon problème, c'est qu'à l'heure actuelle, je manque de connaissances en électronique pour finaliser un tel projet, c'est pour cela que je me tourne vers cette communauté d'internaute pour un coup de main! ^^
Si quelqu'un ou un groupe de personne ont quelques minutes a consacrer a un projet humanitaire sans bouger de leur chaise, j'aurais besoin d'un "tuteur" pour me guider dans mes achats et la conception de la partie motrice et électronique de cette prothèse?



Voici une vidéo de ma prothèse:
Comme vous pouvez voir sur cette vidéo, avec la palme de la main on peut fermer la totalité des doigts en même temps. A l'heure actuelle, ce n'est qu'une prothèse "mécanique" qui utilise la force de la palme de la main. Elle a un coût unitaire de l'ordre de 5€ (10-15€ avec la main d'oeuvre) et un temps de production sur mesure inférieur à 24h.
Maintenant, j'aimerais rajouter une partie électronique et motorisée sur cette structure. tout en maintenant un coût de production le plus bas possible pour que chacun puisse s'offrir cette prothèse open source!
Je suis pas vraiment doué en dessin, soyez donc indulgents pour les fichiers schématique que j'ai dessiné smile
En gros l'idée est la suivante:
1) 2 moteurs permettant l'ouverture et la fermeture des doigts cf lien: http://hpics.li/ca10a16
2) pour le contrôle des moteurs:
4 boutons situés sur la partie distale de la prothèse cf lien: http://hpics.li/3efbcb4
-1 a proximité du pouce ----> lorsqu'il est poussé produit une flexion du pouce et index.
-1 sur la palme de la main----> lorsqu'il est poussé produit une flexion de tous les doigts.
-1 a proximité du petit doigt-----> lorsqu'il est poussé produit une flexion du majeur; annulaire et auriculaire.
-1 sur la partie dorsale de la main----> lorsqu'il est poussé produit une extension de tous les doigts.
5 boutons situés a bout des doigts pour arrêter la flexion des doigts lorsqu'il y a une pression importante dessus. Ces bouton doivent être divisées en 2 groupes: cf lien: http://hpics.li/5de441d
-Sur le pouce et index----> Si un des deux boutons est poussé, le mouvement des deux doigts s'arrête
-Sur les 3 derniers doigts----> Si un des deux boutons est poussé, le mouvement des trois doigts s'arrête
3) une carte arduino programmée pour contrôlé le tout^^

Une fois de plus, je n'es ni le vocabulaire ni la connaissance technique pour créer tout cela car je débute, mais avec votre aide et vos conseil, je suis sûr que nous pouvons développer un objet qui rendra le sourire a plus d'une personne ne pouvant pas s’offrir des prothèses.
Un grand merci de vos réponses et soutien, je m tiens a votre entière disposition pour des conseils et propositions.
Amicalement, Matthieu.

#2 R1D1

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Posté 04 mai 2014 - 02:58

Salut et bienvenue !

Tu as peut-être vu cette émission : qui traite du même sujet. Tu peux aller voir les projets correspondants, qui sont normalement documentés et accessibles à tous.

Tu as l'air d'avoir déjà pas mal réfléchi à quoi faire. Pour le point 1), une question se pose sur la manière d'alimenter les moteurs : si ce sont de simples moteurs à courant continu (CC), il va te falloir une électronique de commande qui se place entre le microprocesseur (la carte Arduino) et les moteurs. Si tu utilises des servomoteurs, cette électronique est déjà présente (mais l'amplitude du mouvement n'est peut-être pas suffisante pour ouvrir / fermer la main comme tu le souhaites).
Pour le point 2), ça se gère au niveau de la programmation. Une extension qui peut être utile : au lieu d'avoir un bouton "main ouverte" et un bouton "main fermée", tu peux avoir un potentiomètre (résistance réglable) qui contrôle l'ouverture de la main, ce qui accroît les possibilités pour le même coût. Par contre, il y a un détail qui n'est pas clair pour moi : les boutons dont tu parles sont-ils actionnés par l'utilisateur avec son autre main, ou sont-ils destinés à capter la présence d'un objet à l'endroit où ils sont, pour déclencher un comportement donné (s'il y a un appui dans la palme de la main, ça veut dire qu'il y a un objet, et on veut le saisir) ?
Point 3) : Arduino est pratique, cependant, si tu envisages de tirer les coûts au maximum, tu devrais, dans un deuxième temps, regarder du côté des PIC (une autre famille de microcontrôleurs : http://fr.wikipedia.org/wiki/Microcontr%C3%B4leur#Familles_de_microcontr.C3.B4leurs) qui sont plus facilement adaptables à l'application que tu vises.

N'hésite pas à poser des questions si des choses ne sont pas claires dans mon discours. Je t'invite également à aller te présenter dans la section correspondante pour que l'on ait une meilleure idée de tes connaissances / compétences en électronique / informatique et que l'on puisse t'aider efficacement.

Mult noroc ! :)
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#3 matth1eu

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Posté 05 mai 2014 - 12:53

1) Concernant la motorisation pour choisir entre les servomoteurs et les moteurs en CC, que me conseilles tu d'après les éléments suivants:
Il faut une amplitude de l'ordre de quelques cm, +/- 5cm.
Un poids le plus léger possible (moteur+ contrôleur).
Une force de traction supérieure a 100-200g par doigts.

2) Pour les "boutons", je pensais essayer de développer et tester 2 systèmes différents:
a) les boutons sont présents sur la prothèse et donc pour les personnes qui n'ont pas de doigts mais la paume de la main peuvent bouger leur paume pour activer les différents mouvement des doigts. Exemple: flexion de la paume sur l'avant bras=> flexion des doigts; flexion radiale ou ulnaire=> flexion de la pince/ des 3 autre doigts.
b ) Comme montré et utilisé sur la vidéo, je pensais utiliser des électrodes (les mêmes qui sont utilisées pour les ECG, cf ce lien: http://www.asia.ru/images/target/photo/51337569/ECG_Electrode.jpg ). Donc, en mettant ces électrodes sur les muscles de l'avant bras, un signal électrique est envoyé et stimule le mouvement des doigts.
L'avantage de a): cela demande de plus ample mouvements de la main et permet donc d'éviter la perte musculaire/ peut être facilement adapté a ceux qui ont perdu quelques doigts.
L'avantage de b ) : plus sensible/ peut être adapté a ceux qui ont perdu la totalité de la main.

3) En effet, pour la programmation et le choix des microcontrôleurs, j'ai besoin d'un tuteur car je suis autodidacte et étant étudiant en médecine, j'ai relativement peu de temps libre... :s

4) Concernant l'émission que tu m'as montré, en ce moment, je suis en train d'imprimé cette main. je vais essayé de la monté le plus tôt possible. Je comptais utiliser certain de leurs concepts tel que ces "senseurs" http://www.inmoov.fr/hand-and-forarm/

Au final, ma connaissance est limité, j'ai monté et modifié ma tobeca (imprimante 3d) pour pouvoir imprimé des pièces de près de 70cm de haut.
J'utilise une kinect et reconstruct me pour faire des scans 3d.
Je produit et modifie des pièces avec SketchUp.
Ma connaissance en programmation date du lycée = 0 ...
Je suis un peu bricoleur et m'intéresse a tout, c'est pourquoi, si quelqu'un pouvait me guider par téléphone/ mail/ skype/ forum etc... ce serait super.


Une fois de plus, je me tiens a votre entière dispositions pour des propositions et conseils.


Sanatate si la revedere.

Matthieu

#4 R1D1

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Posté 14 mai 2014 - 11:26

Hello et désolé pour la réponse tardive !

1) Concernant la motorisation pour choisir entre les servomoteurs et les moteurs en CC, que me conseilles tu d'après les éléments suivants:
Il faut une amplitude de l'ordre de quelques cm, +/- 5cm.
Un poids le plus léger possible (moteur+ contrôleur).
Une force de traction supérieure a 100-200g par doigts.

Je suis loin de m'y connaître beaucoup en mécanique et en dimensionnement de moteurs, mais bon ... il faut d'abord que tu estimes à combien une amplitude de quelques cm +/- 5 mm (je pense que tu voulais dire mm) correspond en déplacement du fil au niveau du poignet. Il faut ensuite déterminer comment tu veux déplacer ce fil : en tirant dessus, comme le fait l'actionnement mécanique que tu montres dans ta vidéo ? en enroulant le fil autour d'un axe (une forme de poulie) ? Autre idée ingénieuse ?
Ca me donnerait un système de transmission entre le moteur et le fil, ce qui me permet de dimensionner le nombre de tours nécessaire au moteur pour enrouler le fil ou l'angle à franchir pour le servomoteur. De la même manière, faire remonter la traction au bout du doigt vers le moteur / servomoteur en passant par la chaîne de transmission de permettra de calculer le couple minimal qu'il doit avoir. C'est très théorique et pas forcément clair comme explication, mais comme dit, je ne suis pas un expert en mécanique. ^^

2) Pour les "boutons", je pensais essayer de développer et tester 2 systèmes différents:
a) les boutons sont présents sur la prothèse et donc pour les personnes qui n'ont pas de doigts mais la paume de la main peuvent bouger leur paume pour activer les différents mouvement des doigts. Exemple: flexion de la paume sur l'avant bras=> flexion des doigts; flexion radiale ou ulnaire=> flexion de la pince/ des 3 autre doigts.
b ) Comme montré et utilisé sur la vidéo, je pensais utiliser des électrodes (les mêmes qui sont utilisées pour les ECG, cf ce lien: http://www.asia.ru/images/target/photo/51337569/ECG_Electrode.jpg ). Donc, en mettant ces électrodes sur les muscles de l'avant bras, un signal électrique est envoyé et stimule le mouvement des doigts.
L'avantage de a): cela demande de plus ample mouvements de la main et permet donc d'éviter la perte musculaire/ peut être facilement adapté a ceux qui ont perdu quelques doigts.
L'avantage de b ) : plus sensible/ peut être adapté a ceux qui ont perdu la totalité de la main.

Le premier système demande moins de traitements/calcul sur le signal que le deuxième pour extraire l'info que tu veux, mais le deuxième est probablement plus intéressant. Peut-être que tu peux tester la première solution dans un premier temps et essayer de passer à la deuxième pour un deuxième prototype ?

3) En effet, pour la programmation et le choix des microcontrôleurs, j'ai besoin d'un tuteur car je suis autodidacte et étant étudiant en médecine, j'ai relativement peu de temps libre... :s

Là encore, dans un premier temps, sacrifier le coût pour la facilité peut te permettre de vérifier que ton proto fonctionne bien. Une arduino (UNO par exemple) te permettra de tester et de mettre en place facilement ton projet. Dans un deuxième temps, pour tirer les coûts, tu pourras regarder comment optimiser le matériel, l'adapter à l'application voulue.

Au final, ma connaissance est limité, j'ai monté et modifié ma tobeca (imprimante 3d) pour pouvoir imprimé des pièces de près de 70cm de haut.
J'utilise une kinect et reconstruct me pour faire des scans 3d.
Je produit et modifie des pièces avec SketchUp.
Ma connaissance en programmation date du lycée = 0 ...
Je suis un peu bricoleur et m'intéresse a tout, c'est pourquoi, si quelqu'un pouvait me guider par téléphone/ mail/ skype/ forum etc... ce serait super.

C'est déjà pas mal :)
C'est le but de ce forum d'offrir de l'aide à ceux qui viennent la demander. Le taux de réponse dépend toujours de l'intérêt des gens pour le sujet et de leur temps libre pour répondre. Je trouve le sujet intéressant, donc je veux bien essayer de t'aider pour ce que je connais (programmation, traitement du signal), mais n'hésite pas à poser tes questions, quelqu'un d'autre aura peut-être la réponse !

Bon courage
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#5 matth1eu

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Posté 20 mai 2014 - 08:04

Bonjour et merci pour ta réponse, alors, voila les nouvelles:

*Je suis rentré en contact avec une petite société d'Oradea qui fabrique des prothèses, ils sont intéressé par ce projet, et je commence a apprendre sur le terrain les techniques de fabrication et les besoins concrets de patients.
Mais une fois de plus le but de tout cela n'est pas de dégager des profits! Les gens de cette société sont des passionnés et des personnes qui essaient vraiment d'aider des handicapés.

*J'ai reçu la carte arduino uno et j'attends encore les moteurs commandés sur internet. Dès que j'aurais reçu ces moteurs, il ne restera plus "qu'a" les connecter sur la prothèse imprimée et espérer que quelqu'un pourra m'aider a programmer l'arduino^^

* En ce moment et jusqu'à fin juin les examens vont me prendre beaucoup de temps et je ne serais pas autant focalisé sur ce projet, mais si je comprends bien, tu as des connaissances en programmation, peut être pourrions nous entrer en contact via skype afin de discuter de tout cela?


Amicalement, Matthieu.

#6 skyhack

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Posté 20 mai 2014 - 12:47

Hi,

Moi qui suis actuellement en Roumanie jusqu'en fin juillet pour un stage en mécanique à Polytechnica c'est une belle coïncidence ! ^^

Ton sujet est super intéressant, dommage qu'on ne m’aie pas donné un sujet de stage pareil j'aurais pu m'éclater comme d(habitude sur les projets méca.

Une chose m'interpelle cependant dans ton principe de prothèse : pourquoi mettre des boutons poussoirs sur la prothèse pour actionner les moteurs ? le gosse va devoir utiliser sa main valide pour appuyer sur les boutons c'est ça ? car d'un premier abord cela ne semble pas pratique de monopoliser la main valide pour actionner la main déficiente !

Je pense qu'une prothèse style " passive " sera bien plus low-cost à réaliser qu'une tout électrique qui sera franchement pas cheap quand même. Par passive je vois plutôt comme tu as déjà fait, une fermeture et ouverture via la main endommagée voir la rotation du poignet ou une flexion extension du bras.

Après rien n'empêche de mettre des moteurs ou plutôt des actionneurs linéaires de type glissière-vérin, mais dans ce cas les différents mouvements de la main devront être commandés via des capteurs de distance au niveau des doigts et de la paume de main pour permettre à l'utilisateur de serrer quand il s'apprête à serrer quelque chose.

En tout cas demandes si tu as des questions, j'ai pas spécialement beaucoup de boulots ici c'est plutôt super soft donc s'il te faut une quelconque modélisation 3d je suis là.

skyhack.
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#7 Lehrse

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Posté 20 mai 2014 - 07:55

Je pense qu'il disait que les boutons seraient actionables via la maint 'invalide' (la structure est attaché au bra et le rester de la main est libre et permet d'actioner les boutons).

Non ?

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#8 skyhack

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Posté 21 mai 2014 - 07:11

Ouais certes mais encore faudrait il que la personne considérée ait encore suffisamment de doigt pour actionner ces fameux boutons ! et ça ça risque de compliquer grave la chose car aucune prothèse ne sera similaire, du sur mesure, et j'ai jamais vu du sur mesure low-cost désolè !

Je continu cependant à entrevoir quelques idées pour ce projet intéressant et qui change du " je veux faire un robot 4X4 pince caméra commandé sur ipad ! " ! ^^

skyhack.
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#9 R1D1

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Posté 21 mai 2014 - 12:09

Ouais certes mais encore faudrait il que la personne considérée ait encore suffisamment de doigt pour actionner ces fameux boutons ! et ça ça risque de compliquer grave la chose car aucune prothèse ne sera similaire, du sur mesure, et j'ai jamais vu du sur mesure low-cost désolè !

Je continu cependant à entrevoir quelques idées pour ce projet intéressant et qui change du " je veux faire un robot 4X4 pince caméra commandé sur ipad ! " ! ^^

skyhack.


Je pense que Matth1eu parlait justement de placer les boutons pour qu'ils soient actionnables par la main non valide, par exemple dans la paume (qu'il est toujours possible de plier, même sans doigts, ou alors à l'aide des doigts restants sur la main). L'autre solution étant d'utiliser des électrodes pour mesurer les signaux de constraction des muscles issus du cerveau.
Pour la première solution, je pense qu'il faut faire des essais et voir dans quelle mesure il est facile pour la personne d'atteindre les boutons, si ça ne cause pas de fatigue / douleur à cause d'un mouvement peu naturel ... Modéliser assez finement des mains invalides et leur comportement serait plutôt intéressant pour ça (pour avoir une base de connaissance).
Par ailleurs, passer par un système électronique actif plutôt que du tout passif, je pense que ça permet d'augmenter les possibiltés de mouvement, ce qui devient compliqué seulement avec une réalisation mécanique.

Skyhack : tu es aux Petites Mines de Douai ?
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#10 skyhack

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Posté 21 mai 2014 - 12:22

Nein je suis à Polytech'Lille en 4ème année de mécanique et là en Roumanie jusqu'à début Aout pour un stage à Polytechnica.
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#11 matth1eu

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Posté 03 juin 2014 - 12:39

Salut, en effet, je pensais a placer le contrôle de la prothèse sur le membre amputé ou mal-formé.

Car du point de vue de la réhabilitation musculaire, ça permet de développer ou conserver un potentiel musculaire tout en donnant l'impression a la personne handicapé de pouvoir "bouger" sa main normalement ce qui permet de développer "l'estime de sois"= la personne se sent capable et ne se sent plus comme un poids pour autrui.

Au final du point de vue thérapeutique, il y a une prise en charge corporelle et psychologique^^

Skyhack, en effet, c'est une sacré coïncidence que tu sois en Roumanie en ce moment! J'ai des examens a préparer et jusqu’à la fin juin, ces derniers me prendront hélas beaucoup de temps, mais mon numéro roumain est: 0040 74 074 11 76 074, si tu as une minute ou 2 nous pourrions discuter au téléphone de tout cela.


Amicalement, Matthieu.



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