Моделювання та розроблення протезу руки на базі Arduino

Abstract

Постійне покращення технологій відкрило величезну кількість можливостей для вдосконалення повсякденного життя, особливо для людей з фізичними вадами. Серед найбільш вражаючих сфер інновацій - це розробка протезів - інструменти, які не тільки відновлюють втрачені функціональні можливості, але й пропонують відчуття незалежності та гідності тим, хто їх використовує. На жаль, сучасні протезні системи часто є дорогими, складними та важкими для доступу. Ця невідповідність між потребою та доступністю надихнула мене на створення проекту, орієнтованого на моделювання та розробку недорогого, функціонального протезу руки, який можна побудувати завдяки доступним інструментам і технологіям. Я зацікавився цією темою тому, що цю розробку можна застосувати технологію для вирішення проблем у реальному світі. Я хотів працювати над чимось, що не тільки б дозволило мені досліджувати інженерію та дизайн, але й щось, що мало потенціал для реального впливу на суспіьлство. Цей проект поєднав знання з різних дисциплін, включаючи електроніку, програмування, дизайн та механіку. Метою було створити пристрій, який відтворює базові рухи руки, використовуючи доступні та недорогі ресурси, Протягом усього процесу розробки я покладався на платформи з відкритим кодом, прості датчики, стандартні мікроконтролери та 3D-друк щоб втілити ідею. Процес створення протезу руки включав кілька важливих етапів: концептуальна конструкція, вибір компонентів, 3D-моделювання, перевід аналогового сигналу в цифровий, програмування та інженерні ідеї. З кожною фазою проєкту, відкривались нові шляхи для вирішення проблем, адаптації та ітерації, досліджуваної тематики. Об’єктом дослідження є процес створення та функціонування керованого протеза верхньої кінцівки, що використовує біометричні сигнали для управління механічними елементами, зокрема за допомогою мікроконтролера Arduino, сервоприводів та 3D-друкованих моделей. Предметом дослідження є методи інтеграції біосенсора (ECG AD8232), мікроконтролера Arduino Uno та сервоприводів SG90 для реалізації рухових функцій штучної кінцівки, а також технології моделювання та виготовлення елементів протеза за допомогою 3D-друку. Мета дослідження - розробка функціонального, доступного та недорогого прототипу протезу руки, який може реагувати на біометричні сигнали користувача та виконувати базові рухи пальців і кисті, з використанням відкритих апаратних платформ, сенсорів та технологій виробництва. Незважаючи на обмежені ресурси, мені вдалося створити робочий прототип, який виконує основні функції. Цей досвід підтвердив, що вражаючі технології не завжди потребують дорогого обладнання або промислових установок.

The constant improvement of technology has opened a huge number of opportunities to improve everyday life, especially for people with physical disabilities. Among the most striking areas of innovation are the development of prostheses - tools that not only restore lost functionality, but also offer a sense of independence and dignity to those who use them. Unfortunately, modern prosthetic systems are often expensive, complex and heavy for access. This discrepancy between the need and accessibility inspired me to create a project -oriented project and the development of an inexpensive, functional hand prosthesis that can be built with the help of tools and technologies available. My interest in this topic has begun with how technology can be used to solve problems in the real world. I wanted to work on something that not only would allow me to explore engineering and design, but also something that had a potential for real impact on society. This project combined knowledge in various disciplines, including electronics, programming, design and mechanics. The purpose was to create a device that imitated the base movement of the hand, using affordable resources, throughout the development process, I relied on open code platforms, simple sensors, standard microcontrollers and 3D printing to embody the idea.The process of creating a prosthetic hand included several important stages: conceptual construction, selection of components, 3D modeling, analog transmission into digital, programming and engineering ideas. Each phase of the project taught valuable lessons in solving problems, adaptation and iterative development. The object of the study in this work is the process of creating and functioning the controlled upper extremity prosthesis, which uses biometric signals to control mechanical elements, in particular with the help of the Arduino microcontroller, servos and 3D printed models. The subject of the study are the methods of integration of the biosensor (ECG AD8232), the Arduino UNO microcontroller and SG90 servos for the implementation of the motor functions of the artificial hand, as well as the technology of modeling and manufacturing of prosthesis with a 3D printing. The purpose of the study is to develop a functional, affordable and inexpensive prototype of a prosthesis of the hand, which can respond to the biometric signals of the user and perform basic movements of the finger and brush, using open hardware platforms, sensors and technologies of production. Despite limited resources, I managed to create a working prototype that performs basic functions. This experience has confirmed that impressive technologies do not always require expensive equipment or industrial installations.