Haptičke rukavice za slijepe: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Haptička rukavica je uređaj za slijepe i/ili slabovidne osobe koji korisniku daje informacije o preprekama u njihovoj neposrednoj blizini. Rukavica koristi dva ultrazvučna senzora koji izvješćuju o udaljenosti i orijentaciji objekata. Ovisno o tome što ti senzori detektiraju, vibracijski motori postavljeni po rukavici vibriraju u jedinstvenim uzorcima kako bi prenijeli te informacije korisniku.

Korak 1: Popis zaliha

Elektronički:

- #1201: Vibracijski disk s malim motorom - ERM (x4) [1,95 USD ea.]

- #2305: Adapruit DRV2605L kontroler haptičkog motora (x4) [7,95 USD ea.]

- #659: FLORA - Nosiva elektronička platforma - Arduino kompatibilan [14,95 USD]

- HC-SR04 ultrazvučni senzori udaljenosti (x2) [2,99 USD ea.]

- #2717: TCA9548A I2C multiplekser [6,95 USD]

- #3287: 3 AA držač baterije s JST priključkom [2,95 USD]

- #1608: PCB tiskane ploče Adafruit Perma-Proto četvrtine- pojedinačno [2,95 USD]

- Vrpčasti kabel

- Otpornici 200 i 220 ohma

Izrada:

- čičak trake [2,98 USD]

- #615: Set igala - 3/9 veličine - 20 igala [1,95 USD]

- Neopren ili bilo koja druga izdržljiva tkanina

Ukupni trošak: 78,31 USD

Većina komponenti kupljena je na Adafruit.com

Korak 2: Breadboarding

Prvi korak je povezivanje svih vaših komponenti pomoću oplate kako biste se mogli uvjeriti da rade ispravno prije nego ih pričvrstite na konačni proizvod. Sljedeći dijagram i slika dat će vam ideju o tome gdje je sve potrebno spojiti. Evo raščlambe onoga što svaka komponenta radi:

Arduino Uno/FLORA

Ovo je mikrokontroler, koji je dio koji se može programirati. Također napaja sve komponente iz baterije. U početku sam sve spojio na Arduino Uno budući da ima napajanje od 5V, ali sam ga potom zamijenio FLORA i 3 AA baterije (4,5 V).

Upravljač haptičkim motorom

Ovi se regulatori povezuju izravno sa svakim vibracijskim motorom i omogućuju vam programiranje svakog vibracijskog motora neovisno jedan o drugom, a također imaju prednost uključivanja unaprijed fiksne biblioteke vibracijskih učinaka. Oni nisu kritični za funkciju rukavice, ali znatno olakšavaju programiranje jer ne morate programirati vlastite uzorke vibracija od nule.

Muliplekser

Ovo jednostavno djeluje kao neka vrsta proširivača budući da na FLORI nema dovoljno SCL/SDA pinova za smještaj svih kontrolera haptičkog motora. Također vam omogućuje neovisnu komunikaciju sa svakim kontrolerom haptičkog motora dodjeljivanjem jedinstvene adrese svakom od njih.

Motori s vibracijama

To je ono što korisniku daje haptičku povratnu informaciju. Vibriraju u određenim uzorcima ovisno o tome kako ih programirate. Više o tome kako rade ovdje.

Ultrazvučni senzori

Ti senzori mjere udaljenost objekata ispred njih. To čine slanjem signala "okidača", koji se odbija od svih obližnjih objekata i vraća kao signal "odjeka". Program tada može interpretirati vrijeme odgode i izračunati približnu udaljenost. Svakako ih označite sa "lijevo" i "desno" kako se kasnije ne biste zbunili. Više o tome kako rade ovdje.

Korak 3: Kodiranje

Sada kada je sve povezano, možete preuzeti kôd na svoj FLORA i testirati ga. Preuzmite datoteku u nastavku i potrebne knjižnice (dolje navedene veze). Ovaj primjer koda ima funkcije navedene u gornjoj tablici.

Da biste testirali kôd, postavite veliki ravni predmet udaljen manje od 6 inča od ultrazvučnog senzora s desne strane. Ugrađeni RBG trebao bi brzo treptati plavo. Što više odmičete objekt, treptanje bi trebalo postati manje brzo. Istodobno, jedan od vibracijskih motora (koji će kasnije biti postavljen na palac) brzo će vibrirati kada je objekt udaljen manje od 6 inča i početi vibrirati s manje snage što dalje odmičete objekt. Ovaj isti uzorak trebao bi vrijediti za lijevi ultrazvučni senzor, samo s narančastim svjetlom umjesto plavim

Dodao sam dodatnu značajku, a to je da bi RBG trebao treperiti ružičasto, a senzori vibracije srednjeg prsta i dlana trebali bi vibrirati kada oba senzora detektiraju objekt udaljen manje od 6 inča. Međutim, ova značajka nije vrlo pouzdana. Motore vibracija srednjeg prsta i dlana zadržao sam u konačnom dizajnu u slučaju da ljudi žele smisliti kreativniju funkciju za njih.

* NEMOJTE* priključivati FLORA ploču u računalo putem USB -a dok je vanjska baterija još spojena! Uvijek ga prvo isključite iz vanjske baterije.

* PRIJE* preuzimanja ovdje navedenog primjera koda, morat ćete preuzeti sljedeće knjižnice/upravljačke programe:

learn.adafruit.com/adafruit-arduino-ide-se…

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Ako se čini da kôd ne radi ili vam senzori/motori ne reagiraju:

- Provjerite jeste li odabrali ispravan COM port u programu Arduino.

- Provjerite jesu li vaši vibracijski motori u potpunosti povezani s upravljačkim pločama/haptičkim motorima. Žice koje ih povezuju vrlo su tanke i lako se mogu olabaviti.

- Dvaput provjerite niste li pomiješali žice SCL/SDA (multiplekser) ili žice ECHO i TRIG (ultrazvučni senzor). Neće funkcionirati ako se promijene.

- Ako sve radi normalno kada je priključeno putem USB -a, ali ima problema pri spajanju na vanjske baterije, vjerojatno je vrijeme da ih zamijenite svježim.

Korak 4: Lemljenje podatkovnih veza

Sada kada je potvrđeno da kod radi, možete započeti sastavljanje konačnog proizvoda. Počeo sam tako što sam prvo nacrtao sve veze na obrisu ruke, kako bih vizualizirao sve konačne veze. Prvo sam se usredotočio na sve podatkovne veze, a zatim na kraju ožičio vodove napajanja i uzemljenja. Također sam u ovoj fazi zaboravio lemiti otpornike na pinove ECHO i GND ultrazvučnih senzora (oops), tako da oni nisu na slici. Dodao sam ih kad sam priključio ultrazvučne senzore na "koncentrator" na sredini rukavice.

Započeo sam lemljenjem svih priključaka na FLORA -u, a gore sam se probio kroz multiplekser, kontrolere haptičkih motora i motore s vibracijama. Ojačao sam svoje veze vrućim ljepilom, termoskupljajućim cijevima i električnom trakom.

Na svim slikama boja žice odgovara sljedećim vezama:

CRVENA: snaga

CRNO: mljeveno

ŽUTI: scl

BIJELO: sda

ZELENO: motor (-)

SIVA: motor (+)

SMEĐA: ultrazvučni odjek senzora

NARANČASTA: okidač ultrazvučnog senzora

Korak 5: Izrada rukavice

Rukavica se sastoji od sljedećih komponenti:

- Glavno tijelo rukavice (koje drži vibracije dlana)

- 3 remena za prste (ružičasti, srednji, palac) koji drže 3 motora za vibracije

- Remen za držanje baterije

Odlučio sam se za dizajn rukavica bez prstiju radi jednostavnosti, a opći predložak možete vidjeti gore. Ova skica nije za mjerenje i vjerojatno ćete morati prilagoditi veličinu tako da odgovara vašoj ruci. Namijenjeno je za nošenje na lijevoj ruci. Prvo sam nacrtao dizajn na donjoj strani neke tkanine, a zatim sam ga izrezao nožem Xacto. Komadiće prstiju oblikovao sam izrezivanjem traka tkanine dovoljno dugim da ih omotam oko prstiju i šivanjem čičak traka koje ih drže na mjestu. Zatim sam napravio vrećice za smještaj vibracijskih motora i prišio ih na trake za prste, kao i na sredinu donje strane glavnog rukavca (blizu dlana).

Ovaj dizajn zahtijeva minimalno šivanje, a ja sam šivao samo u ovim scenarijima:

- Pričvrstite/ojačajte čičak trake na tkaninu.

- Prišijte torbice motora za vibracije na trake za prste i glavno tijelo rukavice.

- Napravite vrećicu za bateriju na naramenici.

Korak 6: Sastavljanje (1. dio)

Sada kada je rukavica sastavljena i sve ožičenje završeno, počeo sam lijepiti električne komponente na rukavicu. Za ovaj korak slijedio sam crtež koji sam ranije napravio i postavio sve dijelove. Tada sam ih počela šivati pomoću kanapa. Na kraju sam stavio kontrolere haptičkog motora na lijevu stranu rukavice umjesto na gornju stranu jer je to imalo više smisla kad sam započeo montažu.

Korak 7: Montaža (2. dio - PWR + GND)

Na kraju sam spojio sve svoje komponente na napajanje i uzemljenje. Da bih to učinio, postavio sam uzemljenje i razvodnik na moju malu ploču, povezujući je s gnd i pwr FLORE. Spojio sam svoje kontrolere haptičkog motora i multiplekser na ove tračnice. Zatim sam priključio svoje ultrazvučne senzore na pwr i gnd, ali i iskoristio dodatni prostor na ploči za dodavanje otpornika koje sam ranije zaboravio. Ovi otpornici su bitni jer stvaraju razdjelnik koji snižava napon ECHO signala, koji seže do FLORE.

Bilo je malo nesigurno lemiti gnd i pwr veze nakon što je sve već sašiveno, pa ćete možda prvo htjeti obaviti sva lemljenja. Bilo mi je logično čekati jer još uvijek nisam bio potpuno siguran kakav će biti konačni izgled svih komponenti.

Koristeći malo ljepila Gorilla, zalijepio sam mali komad drva na rukavicu kako bih podigao ploču, te dodao čičak za pričvršćivanje ploče za drvo (vidi gornju sliku). Učinio sam to kako bih ga lako podigao i provjerio ima li kratkih hlača.

Posljednji korak je vruće lijepljenje vaših ultrazvučnih senzora s obje strane podignute ploče.

I GOTOVI STE!