Bionico

Cette page vise à faciliter la réplication et l'amélioration de la réalisation d'une prothèse de main pour amputé pilotée par les impulsions musculaires de l'avant-bras. Il s'agit du projet Bionico lancé par Nicolas Huchet avec le Labfab de Rennes.

Brouillon/en cours de rédaction.

Bionico est basé sur l'assemblage de briques à bas prix légalement réutilisables à usage non commercial. L'objectif est de permettre aux amputés du monde entier de se fabriquer une prothèse myo-électronique à moins de 1000 euros (entre 20 000 et 60 000 dollars sur le marché). Le projet Bionico est en développement permanent et se base sur la main créée par Gael Langevin pour son robot open source et imprimable Inmoov.

Le projet est en progression permanente. L'emboiture et l'amélioration électro-mécanique sont encore à créer et documenter.

Le prototype documenté ci-dessous est la version améliorée de celui qui est présenté dans cette vidéo et programmé dans la sélection officielle de la maker Faire Europe de Rome en octobre 2013.

Matériel nécessaire :

Un ordinateur avec une connexion internet.
De quoi imprimer en 3D (cherchez le fablab ou le hackerspace le plus proche de chez vous).
Des vis de 8mm de diamètre. Des vis standard de 3 mm.
Une scie à Métaux.
Un fer à Souder et de l'étain.
Une paire de ciseaux.
Une carte programmable arduino (environ 20 euros).
Des fils électriques.
Une perceuse ou une dremel avec une mèche de 2mm.
2 capteurs musculaires "Muscle sensor V3" de chez advancer technologies (rapide et efficace, mais environ 50 dollars piece) ou alors leur version DIY ici.
Trois piles de 9V.
Du fil de pêche SOLIDE (type "pêche au bar") ou mieux, du fil de cerf-volant de Kite-surf.
5 servo-moteurs de modélisme de taille standard : ex ref S03N STD, MG995, etc.
Une bouteille d'acétone.
Des perles pour fabriquer des bijoux (plastique ou métal, dans les 2 mm de diamètre).
Un emballage en plastique rigide (boite plastique de chocolat poulain…)

Temps nécessaire :

Environ une semaine pour une réalisation soignée sur du temps libre. Sinon environ 30 heures en comptant l'impression 3D.

Réalisation

Etape un : impression 3D de la main inmoov de Gael Langevin.

Matériel nécessaire :

Accès à une imprimante 3D. Acétone. Lime à ongle.
La totalité des fichiers imprimables en 3D est disponible et documentée ici par le créateur Gael langevin. Nous recommandons une impression 3D en ABS. Une fois imprimées, les parties des doigts se soudent très bien en passant d'abord un coup de lime à ongle sur la base des pièces pour les aplanir puis en assemblant les phalanges avec un coup de pinceau trempé dans l'acétone. L'acétone dissoudra légèrement les surfaces à assembler. Aller vite : l'acétone s'évapore. Ne pas trop en mettre pour ne pas abimer les pièces. Passer un coup de pinceau et assembler les pièces dans la foulée en pressant environ 30 secondes. Il est recommandé de bien classer les pièces imprimées en 3D puis de les assembler doigt par doigt.

Planifiez les impressions et prenez votre temps. A raison d'une demi-journée d'impression réservée au projet chaque jour il vous faudra environ 3-4 jours pour la totalité des pièces. Egalement, afin de comprendre le principe de fonctionnement final, il peut être intéressant de réaliser "finger starter" de Gael.

Etape deux : téléchargement et impression des supports de servo-moteurs et des poulies.

Matériel nécessaire :

Accès à une imprimante 3D.

Etape trois : assemblage mécanique et motorisation.

Matériel nécessaire :

Scie à métaux (si vous ne trouvez pas de vis 8mm aux longueurs spécifiées), fil de pêche, paire de ciseaux, 5 servo-moteurs de modélisme, filament pour imprimante 3D ou vis standards de 2mm (une vingtaine). Grosses vis de 8 mm. Etiquettes, gommettes…

Assemblage de la main articulée.

Gael Langevin l'a documenté ici.

Nos conseils :

- prenez votre temps. Rangez bien toutes les pièces imprimées en 3D avant assemblage. Ne collez pas la dernière phalange au bout des doigts. Assemblez chaque doigt articulé sans la dernière phalange. Assemblez séparément la paume de la main inMoov avec les grosses vis de 8mm comme spécifié. Ensuite, fixez les doigts à la paume. Rangez les dernières phalanges dans l'ordre des doigts.

- passez soigneusement un fil d'environ 50 cm dans chaque orifice en respectant une logique stricte. Nous avons remplacé les noeuds prévus sur l'extrémité du doigt par l'utilisation de deux fils pour chaque doigt avec une perle au bout de chaque fil pour le stopper. Couper un fil d'environ 50cm, fixer une perle à une extrémité, passer le fil dans la goulotte extérieure ou intérieure d'un bout à l'autre. Pour cela tentez de passer le fil dans le doigt tendu. S'il glisse depuis le goulot extérieur vers le goulot intérieur ou vice-versa, plier une articulation, passer le fil, le récupérer, le repasser dans la suivante dans le bon passage, puis passer le fil dans la paume. Faire de même avec un autre fil pour le même doigt. Une fois les deux fils passés, les rassembler et coller une gommette ou une étiquette pliée en deux dessus. Noter le numéro du doigt sur l'étiquette (1 pour le pouce, 2 index etc). En effet à la fin nous aurons une jungle de fils à câbler sur les moteurs : numérotez-les et groupez-les par doigt. Il vaut mieux avoir trop de longueur de fil que pas assez pour ne pas avoir à recâbler un doigt.
Une fois chaque doigt muni d'une gommette, il suffit de tirer manuellement sur l'un des deux fils pour savoir si il gère l'extension ou la flexion.

- assemblez la main et le poignet inmoov avec une vis de 8mm. Passez vos fils sous cette vis (paume de la main inmoov sur la table), ce qui permettra de tendre les fils ensuite depuis une traction par le haut. Fixez le bout des doigts avec du chatterton. Ceci vous permettra de changer un fil si il y avait un problème avant la fin du montage. Faites mumuse manuellement avec les fils pour rester motivés. La main de Gael bouge bien et est très esthétique. Ne jamais forcer sur une pièce imprimée en 3D. Limer, perforer, mais ne pas forcer, notamment avec les vis.

Assemblage des supports des servo-moteurs et des poulies, câblage.

- Les fichiers à imprimer se trouvent ici.

Vous devrez imprimer tous les fichiers 3D de cette page sauf
leftrobpart3V3.stl,leftrobpart4V3.stl,robpart3V3.stl,robpart4V3.stl

Le principe va consister à mettre le système de contrôle mécanique de la main prévu pour l'intérieur de l'avant-bras du robot inMoov à l'extérieur de l'avant-bras. Pour cela nous allons réaliser et fixer un support plastique au poignet de la main inmoov à l'aide de trois vis et de chatterton. Puis nous allons assembler les supports de moteurs et de poulies. Enfin nous allons intégrer les moteurs dans les supports de moteurs. Puis nous allons coller les supports de moteurs sur le support plastique.
Ensuite seulement, nous allons à l'aide d'une carte arduino mettre les moteurs en position 90 degrés de rotation. Puis enfin fixer les 5 poulies sur les moteurs, passer les fils dans les poulies et les bloquer par des noeuds ou des perles.

- Réalisation du support plastique.

Matériel : une boite en plastique rigide (exemple chocolat en poudre). Chatterton.

- Réalisation du support de moteurs.

Matériel : accès à une imprimante 3D. Acétone. Vis 3 mm.

- Fixation des moteurs sur le support : documenté ici.

- Fixation du support plastique sur le poignet.

Matériel : 3 vis et 3 écrous 2 mm + perceuse ou dremel avec une mèche de 1.5 mm.

Découper une boite ou un bidon en plastique pour obtenir une bande d'environ 10 cm de large sur 25 cm de long. Fixer le support plastique sur le poignet imprimé en 3D avec du chatterton. Forer trois trous. Passer trois vis par dessus et visser trois écrous par dessous. La solidité sera obtenue par l'avant-bras : une fois le tout assemblé avec le support de servo-moteurs, l'avant-bras portera le poids du système.

- Fixation du support de moteurs sur le support plastique.

Matériel : colle cyano, pâte à réparer. Il est sans doute possible de retirer les moteurs et de positionner le support de moteurs sur le support plastique puis de perforer les trois épaisseurs pour une fixation par vis (non essayé). Nous avons carrément collé le "servo bed" sur le support plastique.

- mise des moteurs en position 90 degrés et chargement du script arduino.

Matériel : les servo-moteurs fixés sur le support, une carte arduino, un cable USB A/B.

Le principe consiste à brancher les servo-moteurs sur une carte arduino qui éxécute un code positionnant le moteur à un angle central de 90 degrés lors de la mise sous tension.
Pour cela il suffit de télécharger ce code source et de le téléverser dans l'arduino. Les servo-moteurs ont trois cables à relier ainsi à l'arduino :

Noir : GND (le pôle négatif ou masse)
Rouge : 5V (pôle positif d'une alimentation de 5V)
Autre couleur : chaque fil de couleur de servo-moteur va sur une broche digitale de l'arduino : utiliser les broches digitales 2-3-4-5-6 depuis le moteur de pouce jusqu'à celui de l'auriculaire.

il suffira d'alimenter la carte arduino avec une pile de 9V ou toute source électrique et les moteurs se mettront en position 90 (centrale) ce qui facilitera le réglage de la tension des câbles.

A ce stade la main est assemblée avec un support plastique fixé sur lequel se trouvent les moteurs et des orifices pour passer les cables sortant de la paume.

- Fixation des poulies et réglage des tensions de fils.

Matériel : des perles, un tournevis cruciforme et de la patience…

Cette étape est particulièrement difficile pour les nerfs. L'objectif est d'obtenir une tension de chaque fil (10 fils en tout) correspondant à une flexion et une extension complète par doigt quand la poulie est totalement en fin de course (rotation horaire et anti-horaire).

Conseils :

- Vérifiez avant de commencer que vos servo-moteurs sont bien fixés dans le support moteur. Moins cela bougera, mieux cela sera.
- Ne prenez pas cette étape qui semble facile à la légère. Réservez lui une bonne heure.

A quoi ressemble le résultat :

(sans l'écran lcd qui est un ajout de test).

photo.jpg

Scripts arduino d'essai.

Le premier script se contente d'ouvrir et de fermer la main avec une contraction musculaire.

Le voici.

Le deuxième script est fourni sans garantie. Il s'agit d'un code actuellement en développement pour un contrôle par deux muscles : un à l'extérieur de l'avant-bras, un à l'intérieur. Il vise à lancer/stopper des gestes stockés dans une petite liste et à permettre de changer de geste.

Voici la version en cours de développement. Elle peut être testée via le port série pour simuler par des frappes au clavier la contraction, décontraction du muscle 1 et 2 et voir les effets :

Touche de clavier/simulation dans le script arduino de test

a :muscle 1 contracté
b : muscle 2 contracté
c : deux muscles contractés
d : muscles au repos.

positionnement des électrodes des capteurs musculaires

Intérieur :

Rouge en milieu d'intérieur d'avant bras, bleu intérieur pres du poignet, noir extérieur du coude (neutre).

Extérieur :

Rouge en milieu extérieur avant bras, bleu extrémité extérieur avant bras, noir extérieur du coude (neutre).

Le projet bionico est à l'état de développement permanent. Pour des infos, allez sur le blog Bionico Hand. Nous remercions beaucoup tous les participants et contributeurs : Gael langevin, Sami, les cinéastes, le Labfab, le Tyfab, John…

@hugobiwan

A SUIVRE…

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