„Sup - myš pre ľudí s quadriplegiou - nízke náklady a otvorený zdroj: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Na jar 2017 sa ma rodina môjho najlepšieho priateľa spýtala, či nechcem letieť do Denveru a pomôcť im s projektom. Majú priateľa Allena, ktorý má kvadruplegiu v dôsledku nehody na horskom bicykli. Felix (môj priateľ) a ja sme urobili rýchly prieskum a rozhodli sme sa Allenovi postaviť „Sip-n-puff“v kombinácii s joystickom, aby mu poskytol možnosť prístupu k všetkým rovnakým funkciám ako normálna myš.

Sip-n-puff je vstupné zariadenie, ktoré preberá používateľský vstup vo forme „dúška“alebo „obláčka“(Predstavte si, ako popíjate slamku alebo z nápoja fúkate bubliny). Tu ho kombinujeme s joystickom, aby používateľ mohol presúvať kurzor na obrazovke, a Sip-n-puff sa používa na funkcie ako klikanie a posúvanie.

Zariadenia Sip-n-Puff nie sú žiadnou novinkou a kombá s joystickom/sip-n-Puff nie sú príliš neobvyklé-Kúpa takéhoto zariadenia vás však bude stáť približne 500 až 1 500 dolárov! Pre Allena, ktorý nemá žiadny zdroj príjmu, je to nemožná cena. Samotné zariadenie je však v skutočnosti veľmi jednoduché- v tomto článku vám ukážem, ako ho postaviť za necelých 50 dolárov!

Všetky návrhy a kódy sú open source, čo znamená, že si ich môžete postaviť bez toho, aby ste mne alebo Felixovi zaplatili cent! Ak by ste chceli len hotové zariadenie bez práce, rád vám ho vyrobím. Podrobnosti sú na konci pokynu.

Pretože toto je otvorený zdroj, všetky súbory s návrhom a kód nájdete na GitHub:

Chcete si kúpiť Sup? Informácie nájdete na konci tohto pokynu.

Aktualizácia: Ďakujem všetkým, ktorí hlasovali za tento projekt! Som veľmi šťastný, že som vyhral svoju prvú súťaž s pokynmi a darčekovú kartu Amazon som dobre využil- nástroje, ktoré som si kúpil, by mi mali umožniť prinášať obsah vyššej kvality vo väčších množstvách.

Ďalšia vec: Bol som príjemne prekvapený, keď som videl online dva články spomínajúce tento projekt! Veľká vďaka patrí spoločnostiam Hackaday a Open-electronics.org, že článok považovali za hodný. Oba nájdete nižšie:

www.open-electronics.org/the-sup-low-cost-and-open-source-mouse-for-quadriplegics/

hackaday.com/2018/04/27/an-open-source-sip-and-puff-mouse-for-affordable-accessibility/

SUP bol nedávno spomenutý aj v časopise New Mobility Magazine. Tento článok nájdete tu:

www.newmobility.com/2018/12/the-revolution-will-be-3d-printed/

Kredity a vďaka:

Veľká vďaka patrí môjmu priateľovi Felixovi a jeho rodine, že ma odleteli do Denveru (kde Allen žije) a zaplatili za všetko okrem 3D tlačiarne. Skutočne to pomohlo naštartovať vývoj a urobiť „SUP v krátkom čase!

Ďalší kredit patrí aj spoločnosti Felix za väčšinu 3D dizajnu.

Nakoniec ďakujem Allenovi za to, že sme niekým, komu by sme mohli pomôcť, ktorý bol ochotný nás nechať napadnúť a opýtať sa ho, ako sa mu páčil náš dláždený prototyp.

Krok 1: Nástroje, diely a materiály

Tu nájdete všetko, čo potrebujete na stavbu zariadenia. Predtým, ako si objednáte všetko, prečítajte si zvyšok článku, aby ste sa presvedčili, že vám vyhovuje množstvo zručností, ktoré potrebujete na jeho zostavenie!

Diely:

• Arduino Pro Micro (konkrétne Pro Micro s konektorom USB a ATmega32u4)
• Snímač tlaku MPXV7002DP s oddeľovacou doskou
• Modul joysticku
• Silikónové potravinárske hadičky, 1/8 ID x 1/4 OD, asi 6"
• 3D tlačené diely, s hmotnosťou <= 72 gramov
• Drôty (použil som samičie-ženské vodiče DuPont, potom odrezal konce)

Náradie:

• Spájkovačka (Táto 30W žehlička na Amazone funguje skvele)
• Horúca lepiaca pištoľ (vysoká teplota)
• 3D tlačiareň (Alebo si nechajte vytlačiť veci prostredníctvom služby 3D tlače)
• Rôzne nástroje ako kliešte, skrutkovač s plochou hlavou, brúsny papier, ostrý malý nôž s tenkou čepeľou, nožnice na drôt

Materiály:

• Normálne vlákno PLA (použil som čierny PLA Hatchbox)
• Flexibilné vlákno, ako je TPU alebo NinjaFlex (Moja tlačiareň je dodávaná s malým kotúčom zeleného TPU. Alternatívne môžete časť náustku upraviť tak, aby akceptovala hadičku s menším priemerom, a potom získať 2,5 mm ID hadičku, ktorá sa zmestí do snímača)

Celkové náklady na súčiastky sú približne 22 dolárov, nezahŕňa vlákno 3D tlačiarne. Keď k tomu pridáte flexibilné rameno a dlhý kábel USB, bude to stáť asi 49 dolárov.

Upozorňujeme, že tu uvedené odkazy sú väčšinou najlacnejšou cenou z Číny! Cesta k vám bude trvať najmenej mesiac. Ak chcete súčiastky rýchlejšie, za bližšie zdroje s rýchlejšou dopravou budete musieť zaplatiť o niečo viac. Očakávajte celkové náklady až okolo 75 dolárov.

Krok 2: Veci na 3D tlač

Všetky súbory STL nájdete na https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, budete ich všetky potrebovať.

Ak nemáte 3D tlačiareň, existuje mnoho služieb 3D tlače, ktoré by ste mohli využiť. Ak chcete získať lacnú tlačiareň, ktorá bude fungovať skvele (a nevadí vám nejaká montáž), odporúčam Anet A8. Je to klon Prusa i3 za 150 dolárov, ktorý sa mi osvedčil a má skvelú online komunitu.

Puzdro a rám:

Tlačte s podporou „všade“vo výške vrstvy 0,1-0,2 mm. Použil som typ podpory „mriežka“, ale odstránenie „riadkov“môže byť jednoduchšie

GoProClip a FacePlate:

Tlačte ako obvykle, bez podpory, výška vrstvy 0,1-0,2 mm

Hadičkový adaptér:

1. Na tlač v pružnom vlákne
2. Výška vrstvy 0,1
3. Zatiahnutie VYP
4. Žiadne podpory

Krok 3: Tlač a žíhanie náustka

Predtým, ako pôjdete vytlačiť všetky svoje ďalšie náustky, je dobré sa uistiť, že sa pri žíhaní správne zmenšujú.

Ak chcete byť vedeckí, vytlačte si AnnealingTestr.stl a zmerajte ho pred a po žíhaní, aby ste zistili presné percento, ktoré sa zmenšovalo/rástlo a v ktorej osi. V osi X a Y sa zvyčajne očakáva zmrštenie asi o 5% a v osi Z asi o 2%. Bez čiernej PLA a konvekčnej rúry Hatchbox sa nám podarilo zmrštiť asi 2% na X a Y a 1% rast na osi Z.

Keďže je však tento kúsok navrhnutý skutočne iba tak, aby dobre sedel na joysticku, nemusíte byť veľmi presní. Použitím našich hodnôt pre Hatchbox black PLA, tu je proces tlače pre náustok:

1. Zmeňte veľkosť X a Y na 103%, ponechajte Z tak, ako je (Usilujeme sa o asi 2% zväčšenie veľkosti oproti pôvodným rozmerom, akonáhle budú žíhané, aby sa stredne ľahko zmestili na joystick)
2. Tlačte po okraj a navyše podporuje „dojemnú stavebnú dosku“.
3. Vyplňte 100% (aby do nej voda neprenikla)
4. Normálna rýchlosť tlače, výška vrstvy 0,1 mm
5. (Ak máte vyhrievanú posteľ, nastavte ju na 50 ° C)
6. Hotend pri 220 ° C.

S týmito hodnotami som sa veľmi nehral, ale práve to som použil pre svoju tlačiareň (klon A Prusa i3, Anet A8).

Keď vytlačíte jeden alebo dva kusy, skúste ich žíhať a zistite, či sa hodia.

Proces žíhania:

1. Rúru predhrejte, najlepšie na konvekciu (ak to vaša rúra robí), na teplotu blízku 158 F alebo 70 ° C. Niektoré rúry nepôjdu tak nízko, ak sú trochu vypnuté, na tom až tak nezáleží.
2. Počkajte, kým sa rúra nezohreje, a potom vložte svoje kúsky na niečo, čo im neprepadne.
3. Nastavte časovač na hodinu a potom ho nechajte. Neotvárajte rúru, aby ste ju skontrolovali, pretože chladiaci účinok sa môže narušiť v procese žíhania.
4. Len čo tam hodinu sedíte, vypnite rúru a nechajte kus v nej vychladnúť. Na to by dobre poslúžil teplomer, ale nemusíte byť úplne presní, stačí počkať zhruba hodinu.
5. Akonáhle je v podstate vychladnutý, vyberte ho. Teraz by mal byť silnejší, a čo je dôležitejšie, schopný odolať vriacej vode a umývaniu v umývačke riadu.

Krok 4: 3D tlač po spracovaní

Mám rád, keď sú moje 3D výtlačky čisté, ale to často znamená veľa podpory. Ak ste diely rámu a puzdra vytlačili výplňou podľa odporúčania, budete musieť trochu vyčistiť! Tu je pár tipov a trikov na ich odstránenie.

Ako vidíte, na odstránenie podpier som použil kombináciu skrutkovača, klieští na nos a môjho vreckového noža. Vybral som si „mriežkové“podpery, pretože lepšie fungujú a majú tendenciu vystupovať čisté a v jednom kuse, ale ťažšie sa odstraňujú. Niektoré z nich môžete vyraziť rýchlym úderom skrutkovača, ale dávajte pozor, aby ste neporušili skutočnú časť- Na časti rámu to možno ľahko urobiť.

Časť Case tlačí s veľkou opornou stenou na zadnej strane, ktorú je obzvlášť ťažké odstrániť. Mne sa osvedčilo obísť okraje malým nožom, potom ho skúsiť prepichnúť a vypáčiť nabok. Bude to chcieť trochu práce, ale trpezlivosť sa vypláca!

Hneď ako skončíte, môžete pokazený podporný materiál zahodiť alebo uložiť, ak naozaj chcete znova použiť …

Krok 5: Otestujte fit

Teraz, keď je všetko vyčistené, mali by sme otestovať, či sú 3D tlačené diely v poriadku.

Moduly sa všetky zostavujú podľa obrázku a mali by do seba celkom zapadnúť. Ak nie, skúste vytlačiť súbor Frame.stl s veľkosťou 101-102% a zmeniť veľkosť prípadu Case.stl.

Náustok by mal byť schopný nasadiť malou silou, ale nesmie sa odnímať príliš ľahko. Toto je vhodný čas na to, aby ste sa uistili, že silikónové trubice zapadajú do náustka a do adaptéra. Našiel som najlepší spôsob, ako bezpečne zapadnúť, a to tak, aby sa koniec dostal dovnútra, ako len môžete, potom hadicou zatlačte a zatočte tak, aby dobre sedel na spodnom okraji otvoru v adaptéri.

Poznámka: Na obrázkoch používam modul joysticku, ku ktorému som už spájkoval drôty- Normálny modul joysticku by však mal dobre sedieť.

Krok 6: Pripravte si joystick

Predtým, ako budeme môcť spájkovať drôty s joystickom, budeme sa musieť zbaviť starých záhlaví pinov. Zistil som, že najlepší spôsob je odstrihnúť čo najviac, potom každý kolík zahriať spájkovačkou a poklepaním na DPS vypadnúť.

Keď odstránite staré kolíky, k modulu joysticku spájkujte dĺžku vodičov (asi 20 cm). Pomáha mať jedinečné farby pre každý kolík, takže môžete neskôr ľahko identifikovať, ktorý drôt ide.

Krok 7: Schéma

Teraz, keď sme sa zbavili 3D návrhu, je čas na schematický diagram a schému zapojenia!

Obvod je v skutočnosti veľmi jednoduchý, bez zapojených rezistorov alebo externých komponentov, iba troch rôznych modulov prepojených navzájom. Vyššie som poskytol schému a aj tu sa pozriem na to, čo sa deje:

Rozbitie snímača tlaku:

• „A“ide na A0 na Arduine
• „5V“ide do VCC na Arduine
• „GND“prejde na jeden z pinov GND na arduine

Modul joysticku:

• „GND“ide na jeden z pinov GND na Arduine
• „+5V“ide na pin „RAW“na Arduine
• „VRx“ide na Arduino do A2
• „VRy“ide na Arduino do A1
• „SW“ide na Arduino do D2 (Technicky by medzi ním a GND mal byť aj 10K pullup odpor. Súčasný kód ho však nepoužíva a používanie by bolo každopádne ťažšie, takže …)

Krok 8: Spájajte všetko dohromady

Teraz ste pripravení zostaviť všetku elektroniku!

Uistite sa, že máte moduly namontované podľa obrázku! Chcete, aby drôty prechádzali rámom a hornými alebo dolnými otvormi, kde sa arduino pripája. Arduino bude voľné, ale drôty budú prechádzať rámom. Pozrite sa na obrázky, ktoré ukazujú, čo tým myslím.

Začnite tým, že odizolujete a pocínujete konce všetkých vodičov z joysticku, ak ste to ešte neurobili. Potom ho podľa schémy a obrázkov zapojte nasledovne.

• GND na GND (kolík 23) na Arduine
• +5 V na pin RAW na Arduino (hneď vedľa kolíka GND)
• VRx až A2 na Arduine
• VRy do A1 na Arduine

SW pin zatiaľ ponecháme, pretože sa prediera na vrchol Arduina.

Prejdite na snímač tlaku a najskôr budete chcieť zistiť, ktoré drôty sú. Za predpokladu, že máte rám otočený joystickom nasmerovaným priamo od seba, poradie drôtov je nasledujúce:

• Horný vodič: Analógový výstup „A“na pin Arduino A0
• Stredný vodič: 5 V na pin Arduino VCC
• Spodný vodič: GND, na GND, kolík 4, na vrchu.

V tomto mieste môžete tiež prepojiť SW kolík z joysticku, na pin 2 na Arduine, hneď vedľa kolíka GND.

Dávajte pozor, aby ste drôty príliš neohýbali, pretože sa veľmi ľahko odlomia.

Krok 9: Nahrajte program a test

Predtým, ako nalepíme všetko na miesto, sa uistite, že to funguje!

Ak nemáte Arduino IDE, budete si ho musieť stiahnuť z oficiálneho webu Arduino na Arduino.cc. Je to zadarmo, aj keď vás vyzvú, aby ste prispeli, ak by ste chceli.

Keď si stiahnete a nainštalujete IDE, stiahnite si súbor SupSipNPuff_Final.ino zo stránky github a potom ho otvorte v IDE.

Ak ho chcete nahrať do Arduina, prejdite do časti „Nástroje“, „Doska“a vyberte „Arduino/Genuino Micro“. V tej istej ponuke v časti „Port“vyberte všetko, čo je k dispozícii, malo by to vyzerať podobne ako „COM12 (Arduino/Genuino Micro)“. Ak sa nezobrazí, možno budete musieť počkať, kým váš operačný systém nainštaluje ovládače, ale malo by sa to urobiť automaticky.

Kliknite na tlačidlo nahrávania (tlačidlo s okrúhlou modrou šípkou vľavo hore) alebo stlačením klávesu Ctrl/U (alebo ekvivalentného) program nahrajte. Keď indikátor priebehu v spodnej časti zmizne a zobrazí sa hlásenie „Dokončené nahrávanie“, môžete testovať!

Na testovanie najskôr znova pripojte náustok a hadičku (hadičku pripevnite k najvyššiemu portu senzora pomocou adaptéra), podržte si ju pred ústami a pohybujte náustkom okolo. Mala by pohybovať myšou po obrazovke. Skúste silné potiahnutie alebo popíjanie ľavým/pravým tlačidlom a jemné dúšky/potiahnutia posuňte nahor alebo nadol. Môžete tiež podržať „tvrdé tlačidlo“alebo „dúšok“a podržať „tlačidlo myši“. Ak máte problémy, predstavte si náustok ako slamku. Namiesto toho, aby ste cez ňu fúkali alebo vdychovali, vytvárate tlak ústami, ako by ste to robili so slamkou.

Ak je jedna alebo viac osí obrátených, je to jednoduchá oprava:

1. Uistite sa, že máte v IDE otvorený súbor SipNPuffMouse
2. Prejdite programom, kým nenájdete riadok s textom „Mouse.move (čítanie [0], -reading [1], 0);“
3. Prvá hodnota „čítanie [0]“je pohyb X (horizontálny) a druhá „čítanie [1]“je Y (vertikálny pohyb. Podľa toho, ktorý z nich je obrátený, pridajte alebo odstráňte znamienko mínus pred riadok „čítanie [x]“na zvrátenie hodnoty.
4. Znova nahrajte program a vyskúšajte ho!

(Poznámka: Ďalším jednoduchým spôsobom, ako nájsť riadok, je použiť Ctrl/F. Toto často používam pri práci s kódom!)

Krok 10: Horúce lepidlo

Teraz, keď váš Sip-n-puff funguje, je čas zostaviť konečný produkt! Môžete byť hrdí na to, ako pekne vyzerá elektroinštalácia, ale niektorí ľudia dávajú prednosť tomu, aby boli všetko pokryté nudným plastom, a tak im to zaviažeme.

Predtým musíme zaistiť všetko vo vnútri, aby sa po zapojení vecí nedali vrátiť späť.

1. Za Arduino Micro naneste veľkorysé množstvo horúceho lepidla. Prilepíme ho k lište, ktorá oddeľuje miesto, kde drôty vychádzajú zhora a zospodu.
2. Ak je to možné, posuňte snímač tlaku trochu dozadu, do držiaka vložte kúsok horúceho lepidla a potom ho posuňte dopredu cez kvapku. Pridajte ďalšie po stranách, aby ste ho zaistili podľa vlastného uváženia. Elektronike neškodí horúce lepidlo, ale dávajte pozor, aby sa nedostalo do portov, ktoré vychádzajú zo snímača tlaku, kde spájame hadičky.
3. Na vrch drôtov, ktoré vychádzajú z modulu joysticku, naneste dostatočné množstvo horúceho lepidla. To pravdepodobne nie je potrebné, pretože ich už nebudeme presúvať, ale je to dobré v prípade, že bude niekedy vystavený extrémnym vibráciám …

Teraz, keď sú všetky diely na svojom mieste, zasuňte rám do puzdra. Najprv budete musieť odpojiť hadičku. Teraz vycentrujte čelnú dosku nad modul joysticku a potom prilepte body, kde sa dotýka rámu (nie je to tak, pretože by ste ju neskôr mohli vysunúť). Akonáhle je to nastavené, môžete rám vysunúť späť a potom pridať ďalšie horúce lepidlo po stranách rámu, kde sa dotýka čelného panelu, aby ste ho znova posilnili.

Nakoniec, ale v neposlednom rade: Na strane puzdra, ktorá nemá otvor na hadičky a konektor USB, povrch trochu obrúste, aby sa zdrsnil, v oblasti, kam chcete namontovať montážny kus. To isté urobte so spodnou časťou montážneho kusu, potom ho namažte lepidlom a pevne ho pripevnite k puzdru. Akonáhle je nastavený, môžete prebytočné množstvo odrezať malým nožom, aby ste získali profesionálnejší vzhľad. (Haha)

Krok 11: Nastavenie a používanie

Teraz, keď ste pripravení zariadenie používať, uvádzame niekoľko tipov na nastavenie.

Allenova izba má TV s veľkou obrazovkou so vstupom HDMI a je umiestnená na stene cez jeho izbu od jeho postele. Postavili sme jeho prenosný počítač na komodu pod obrazovku a pripojili ho. Ak to nastavíte v miestnosti, nájdite niečo dlhšie ako 15 stôp. Mysleli sme si, že to bude stačiť, ale nebolo to také uvoľnené, ako by som si želal.

Aby sme zariadenie držali, kúpili sme toto rameno na Amazone za 19,50 dolára. Je to 25 -palcové flexibilné rameno určené na držanie webovej kamery alebo GoPro, so svorkou, ktorá funguje skvele na prichytenie na stôl alebo posteľ. Je na ňom držiak v štýle GoPro, na ktorý sme navrhli náš montážny kus, aby sa bezpečne upevnil.

Keď sme to prvýkrát priniesli Allenovi, bol som prekvapený, čo vlastne treba zmeniť. Pokiaľ ide o zariadenie, chcel len, aby sme trochu spomalili kurzor, čo som odvtedy urobil. Čo však skutočne chcel, bolo ďalšie hlasové ovládanie počítača, aby sa čo najviac eliminovalo používanie klávesnice na obrazovke. Na maximalizáciu účinnosti je možné sip-n-puff použiť v kombinácii s niektorými nástrojmi dostupnosti v počítači. Zoznam všetkého, čo sme urobili pre jeho počítač, je uvedený nižšie:

• Nastavte Cortanu tak, aby kedykoľvek reagovala na „Hej Cortana“.
• Nainštalovala sa klávesnica na obrazovke a pridala sa skratka na pracovnú plochu.
• Pomocou programu AutoHotKey ste vytvorili skript na otvorenie nástroja na diktovanie okna 10 (Win/H).
• Nainštalovaný Firefox a Adblock aj AdBlockPlus. (Cortana bohužiaľ stále používa Edge, ale dostanete to, čo dostanete)
• Zmenšené grafické rozhranie, ikony a text na 125%
• Do Firefoxu je nainštalovaný doplnok, ktorý umožňuje hlasové vyhľadávanie kliknutím na tlačidlo (na stránkach ako Google)
• Nainštaloval som si CCleaner, aby sa pokúsil dosiahnuť rýchlejší chod počítača (pravdepodobne to nie je potrebné, ale jeho prenosný počítač bol lacným modelom s nižším rozpočtom a stále je dosť pomalý. Trochu sa mi ho podarilo urýchliť.)

Myslím, že to, čo nakoniec bude používať najčastejšie, je funkcia hlasového vyhľadávania Cortany, takže možno väčšina funkcií Firefoxu zostane nevyužitá. Domov Google a Alexa však už mal, takže by si mal na Cortanu zvyknúť dosť rýchlo.

Ďalšou dobrou vecou, ktorú musíte urobiť, je vytlačiť si používateľskú príručku (samozrejme nájdenú na GitHube) a nechať ju pri zariadení, aby všetky sestry vedeli, ako odpojiť náustok, a pripomenúť používateľovi, ako ho používať, ak potrebné.

Ešte jedna vec: So všetkými štrbinami a zákutiami v 3D tlačenej časti bude zbierať baktérie, ak o ne nebude správne postarané. V návode na použitie odporúčame vyrobiť ďalšie náustky a umývať ich najmenej raz týždenne v umývačke riadu alebo sterilizovať vo vriacej vode. Pomôže to udržať ich v čistote!

Krok 12: Hotovo

Našťastie už máte hotovú, fungujúcu myš Sip-N-Puff a niekto bude môcť používať počítač!

Ak nie, vždy som tu, aby som vám pomohol a rád by som sa dozvedel o vašich problémoch alebo spätnej väzbe.

Druhý obrázok: Toto je vylepšená verzia Sup, ktorá rieši problémy s baktériami. Obsahuje dychový filter a náustok z nehrdzavejúcej ocele. Náustok je možné sterilizovať a vymeniť dychové filtre, aby sa zabezpečilo, že baktérie nebudú môcť vstúpiť do zariadenia a nebudú rásť na náustku.

Chcete si kúpiť sup?

Nemám internetový obchod, ale som rád, že môžem pre vás zostaviť vylepšenú 'Sup'!

Ak si chcete kúpiť Sup, môžete ma kontaktovať na Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Cena: Ak vám vydrží 3-4 mesiace, náklady sa budú pohybovať okolo 120 dolárov vrátane dopravy, 15-metrového kábla USB a montážneho ramena. (Čakanie je z dôvodu, že diely získavam z Číny a dodanie trvá 1-3 mesiace.)

Prvá cena v súťaži o mikrokontrolér