Depuis 2013, l’innovation technologique a vu apparaître des projets tel que Open Bionics (Bristol, Angleterre) ou Hackberry (Japon) ayant le même objectif. Ces acteurs de la nouvelle scène de l’impression 3D développent des myo-prothèse. Ces prototypes sont encore limités pour un usage quotidien en comparaison aux modèles sur le marché, mais ils présentent les caractéristique suivantes:
Le coût total de la prothèse est inférieur à 1000 euros (Là ou le marché n’en propose qu’à partir de 40 000 à 70 000€)
Les éléments (doigts, paume, emboîture) sont fabriqués en plastique avec une imprimante 3D
Les plans des pièces, liste du matériel et tutoriels de fabrication sont en ligne afin de pouvoir fabriquer la prothèse et contribuer au développement de celle-ci en partageant ces résultat (open source)
A partir du lien GitHub, nous avons fabriqué la main Exiii au Fab Lab Berlin. Il faut compter environ 700 euros pour l’ensemble de la prothèse, mais le coût peut descendre à 150 euros si vous imprimez les pièces vous même.
Nous résumons ici comment nous avons fait et espérons que vous pourrez en faire autant. Ce projet est difficile à réaliser, si vous êtes débutant, trouvez des alliés (fablabs, électroniciens, experts impressions 3D….). Faites vous plaisir ! :-)
Materials
La liste du matériel est sur le fichier Excel: HACKberry_BOM_v1.xls
Comme il était difficile de trouver les équivalents des composants en Europe, nous avons décidé de les acheter directement auprès de l'équipe de Exiii ce qui nous a permis de gagner du temps.
Pour acheter les composants, envoyer un mail à :
Genta Kondo: genta.kondo(at)exiii.jp (en Anglais ou en Japonais)
3 types de pack à acheter :
1. PCB pour HACKberry (3 PCBs pour le control de la main, capteur et batterie) : 30 USD
3. PCB + Electronique/Mécanique composants + impression 3D des pièces (tous sauf la batterie) : 720 USD
Tools
Step 1 - Impression des pièces
Nous avons commencé par utiliser les logiciels Simplify, Cura ou Maker Bot ainsi que des imprimante 3D de bureau tel que Maker Bot ou I3 Berlin mais la qualité des pièces n'était pas assez bonne. Comme nous en avions la possibilité, nous avons utilisé une imprimante Dimension de Stratasys pour assurer la qualité des composants. Il est quand même possible d'imprimer toutes les pièces avec une imprimante de bureau.
Step 2 - Assemblage du poignet
Premièrement, visser le poignet sur la paume car une fois que les doigts et composants seront mis en place ce ne sera plus possible.
Step 3 - Assemblage majeur (1/2)
Cette étape concerne l'assemblage du majeur, de l'annulaire et du petit doigt car ils ont la même conception mécanique. Il suffit de répéter la même opération 3 fois, un très bon exercice d'échauffement.
Ajuster d'abord les perçages qui vont recevoir les axes à l'aide d'un foret de 1,8mm (max 1,9mm) puis insérer les axes
Step 4 - Assemblage majeur (2/2)
Assembler ensuite les composants comme indiqué sur les photos.
Serrer l'ensemble avec les vis.
Step 5 - Assemblage majeur
Cf. Video
Step 6 - Assemblage de l'index 1/3
Ajuster les perçages avec un foret de 1,8mm
Insérer l'axe avec le ressort
Step 7 - Assemblage de l'index 2/3
Assembler les éléments au fur et à mesure dans l'ordre des photos ci-contre.
Step 8 - Assemblage de l'index 3/3
Step 9 - Montage des 4 doigts sur la paume (1/2)
Ajuster les axes de la paume de main avec le foret de 1,8mm
Placer le petit doigt et l'annulaire avec les 2 axes par doigts
Ajuster HbShaftStopperB04 si nécessaire, comme indiqué, insérer et visser pour solidariser les 2 doigts
Step 10 - Montage des 4 doigts sur la paume (2/2)
Placer le majeur avec ses 2 axes
Placer l'index avec ses 2 axes
Insérer et visser HbShaftStopperA04
Step 11 - Protection des moteurs
Avant d'être assemblés dans la main et le pouce, les moteurs doivent être protégés.
Cette étape explique comment souder le fusible réarmable (PTC) qui protégera le moteur des suralimentations quand celui-ci sera trop chaud:
2 RXEF050 fusible pour les servos ES08MD (majeur et pouce)
1 RXEF040 fuse for servo S03N (Index)
{{{1}}}
Préparer le matériel de soudure (fer à souder, étain, gaine thermorétractable)
A l'aide d'un mini tournevis, ouvrir le moteur
Couper le fil rouge comme indiqué à l'aide d'une pince coupante
Dénuder chaque extrémité, glisser la gaine (0.5mm de longueur), étamer à l'aide du fer et de l'étain
Réduire la longueur de pattes du PTC, étamer les extrémités du PTC
Souder les 2 parties entre elles (le sens n'a pas d'importance)
Protéger la soudure en glissant la gaine
Refermer le moteur
Step 12 - Protection des moteurs terminée
RÉPÉTER L’OPÉRATION POUR LES 2 AUTRES MOTEURS
Step 13 - Assemblage du pouce 1/2
Rassembler les composants qui constituent le pouce (éléments pouce)
Suivre les étapes comme indiqué de gauche à droite, et de haut en bas
Assembler les pièces et serrer avec les vis
Visser le moteur sur le pouce
Step 14 - Assemblage du pouce 2/2
Step 15 - Montage du pouce sur la main 1/2
Insérer le mini roulement dans son emplacement comme indiqué sur la photo
Placer et visser l'un des 2 mini moteurs ES08MAII dans le pouce (après avoir souder le PTC)
Insérer l'axe dans le mini-roulement
Suivre le reste de la procédure comme indiqué
Plier et placer le câble du moteur comme indiqué pour préparer la mise en place du moteur de l'index
Step 16 - Montage du pouce sur la main 2/2
Step 17 - Montage du moteur d'index dans la paume
Cette étape concerne l'emplacement du moteur S03N dans la paume de la main en positionnant sa poulie dans le bon angle.
Percer la poulie : Agrandir 2 trous opposé à 2mm qui permettront de venir visser le pignon
Visser la poulie et le pignon ensemble
Visser l'ensemble sur le moteur S03N
Ajuster le boitier du moteur S03N : Limer ou couper la partie comme indiqué pour permettre l'emplacement du moteur dans la paume
Mise en place du moteur :
Pignon vers le haut à l'horizontale, tourner le moteur à la main dans le sens anti-horaire jusqu'à la butée
Tourner le moteur très légèrement en sens horaire pour qu'il ne soit plus en butée
Maintenir l'index ouvert, placer le moteur et les engrenages ensemble
Le câble du moteur doit être dirigé vers le petit doigt en passant sous le moteur
Ranger le câble pour qu'environ 5cm dépasse
Step 18 - Coupler les 3 doigts et le servomoteur (1/2)
Étape à suivre pour solidariser les 3 doigts, la mise en place du dernier moteur et la fixation de la transmission des doigts sur le moteur.
Transmissions : Insérer les petites entretoises comme indiqué
Petit doigt + annulaire : A l'aide de 2 petites vis et rondelles, solidariser les 2 derniers doigts comme indiqué sur la photo. Ne pas serrer trop fort les vis
Majeur + annulaire : Répéter l'opération entre annulaire et majeur
Transmission moteur-doigts : Visser la barre de transmission. Ne pas serrer trop fort
Step 19 - Coupler les 3 doigts et le servomoteur (2/2)
Agrandissement : Modifier le diamètre de perçage du bras de levier avec un foret de 1.6mm
Modification vis : Pour la jonction entre le bras de levier et la transmission, la vis étant trop longue, il faut soit s'en procurer une courte, soit là raccourcir
Réglage position moteur
Placer le bras de levier sur le moteur sans le visser.
Tourner le moteur sens anti-horaire jusqu'à la butée et mettre le moteur dans son emplacement
Visser le moteur sur son emplacement
Mise en place moteur
Placer les doigts en position ouvert
Changer l'emplacement du bras de levier pour qu'il corresponde avec l'axe de la transmission
Visser l'ensemble
Step 20 - Soudure des composants (1/2)
Vérifier les composants
Couper, dénuder 4 fils électrique aux longueurs indiquées
Préparer le connecteur mini-jack femelle : Couper les 2 plots plastiques à l'aide d'un cutter pour que le connecteur soit bien à plat sur le PCB
Souder le connecteur mini-jack : Pour recevoir le mini jack du capteur musculaire (voir étape suivante)
Souder le connecteur switch : Pour la mise en marche de la main
Souder tête de broche mâle (male pin header) : Pour le branchement des 3 moteurs
Souder tête de broche femelle (female pin header) :
Pour brancher la carte arduino :
Couper 2 barrettes de 9 et 10 pins
Placer les barrettes, retourner le PCB, vérifier la verticalité des barrettes
Utiliser le régulateur de tension comme support pour que le PCB reste à l'horizontal
Souder tous les pins (têtes de broches)
Souder tact switch
Pour permettre les changements de mode de fonctionnement de la main
Vérifier que les tacts switch soit bien à plat sur le PCB
Une fois soudé, couper la longueur de patte qui dépasse
Step 21 - Soudure des composants (2/2)
Step 22 -
Step 23 -
Step 24 -
Step 25 -
Step 26 -
Step 27 -
Step 28 -
Step 29 -
Step 30 -
Step 31 -
Step 32 -
Step 33 -
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