Haptičke rukavice za slijepe: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Haptička rukavica je uređaj za slijepe i/ili slabovidne osobe koji korisniku daje informacije o preprekama u njihovom neposrednom okruženju. Rukavica koristi dva ultrazvučna senzora koji izvještavaju o udaljenosti i orijentaciji objekata. Ovisno o tome što ovi senzori otkrivaju, vibracijski motori postavljeni po rukavici vibriraju u jedinstvenim uzorcima kako bi prenijeli te informacije korisniku.

Korak 1: Lista zaliha

Elektronski:

- #1201: Vibrirajući mini motorni disk - ERM (x4) [1,95 USD ea.]

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

- #659: FLORA - Nosiva elektronička platforma - Kompatibilno s Arduinom [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 sa JST konektorom [2,95 USD]

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

- Vrpčasti kabel

- Otpornici od 200 i 220 ohma

Proizvodnja:

- 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 matične ploče tako da se možete uvjeriti da sve rade ispravno prije nego što 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 jer ima napajanje od 5 V, ali sam ga potom zamijenio FLORA i 3 AA baterije (4,5 V).

Kontroler haptičkog motora

Ovi kontroleri se spajaju direktno na svaki vibracijski motor i omogućuju vam programiranje svakog vibracijskog motora nezavisno jedan od drugog, a imaju i prednost uključivanja unaprijed fiksne biblioteke vibracijskih efekata. 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. Takođe vam omogućava da nezavisno komunicirate sa svakim kontrolerom haptičkog motora dodeljivanjem jedinstvene adrese svakom od njih.

Vibracijski motori

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

Ultrazvučni senzori

Ovi senzori mjere udaljenost objekata ispred njih. To čine slanjem signala "okidača", koji se odbija od svih obližnjih objekata i vraća kao signal "eha". Program tada može protumačiti vrijeme kašnjenja i izračunati približnu udaljenost. Označite ih "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 ispod i potrebne biblioteke (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 bi trebao brzo treptati plavo. Kako udaljavate objekt, treptanje bi trebalo biti sve manje. Istovremeno, jedan od vibracionih motora (koji će kasnije biti postavljen na palac) će brzo vibrirati kada je objekt udaljen manje od 6 inča i početi će vibrirati s manje snage što dalje odmičete objekt. Ovaj isti uzorak trebao bi vrijediti za lijevi ultrazvučni senzor, samo s narančastom svjetlošću umjesto plavom

Dodao sam dodatnu funkciju, a to je da bi RBG trebao treperiti ružičasto, a senzori vibracije srednjeg prsta i dlana bi trebali vibrirati kada oba senzora otkriju 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 računar 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 biblioteke/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 matičnim pločama/kontrolerima haptičkih motora. Žice koje ih povezuju vrlo su tanke i lako se mogu olabaviti.

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

- Ako sve radi normalno kada je priključeno preko USB -a, ali ima problema sa spajanjem 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 sam na kraju ožičio vodove za napajanje i uzemljenje. Također sam u ovoj fazi zaboravio lemiti otpornike na ECHO i GND pinove 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 veza s FLORA -om, a zatim 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: tlo

ŽUTI: scl

BIJELO: sda

ZELENO: motor (-)

SIVA: motor (+)

BROWN: ultrazvučni odjek senzora

NARANČASTA: okidač ultrazvučnog senzora

Korak 5: Izrada rukavice

Rukavica se sastoji od sledećih komponenti:

- Glavno telo rukavice (koje drži vibracije dlana)

- 3 trake za prste (ružičaste, srednje, palčeve), koje 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. Predviđeno je da se nosi 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 torbice za smještaj vibracionih 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 telo 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. Završila sam s postavljanjem kontrolera haptičkog motora na lijevu stranu rukavice umjesto na gornju stranu jer je tako imalo više smisla kad sam započela 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 napajanja na svoju malu ploču, povezujući je s gnd i pwr FLORE. Spojio sam svoje kontrolere haptičkog motora i multiplekser na ove šine. 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 izvršiti sva lemljenja. Bilo mi je smisla čekati jer još uvijek nisam bio potpuno siguran kakav će biti konačni raspored svih komponenti.

Koristeći malo Gorilla ljepila, zalijepio sam mali komad drveta na rukavicu kako bih podigao ploču, te dodao čičak za pričvršćivanje ploče za drvo (vidi sliku iznad). 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!