Hmatová rukavica pre nevidomých: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Haptická rukavica je zariadenie pre nevidomých a/alebo slabozrakých, ktoré nositeľovi poskytuje informácie o prekážkach v jeho bezprostrednom okolí. Rukavica používa dva ultrazvukové senzory, ktoré hlásia vzdialenosť a orientáciu predmetov. V závislosti od toho, čo tieto senzory detegujú, vibračné motory umiestnené v celej rukavici vibrujú v unikátnych vzoroch, aby sprostredkovali tieto informácie používateľovi.

Krok 1: Zoznam dodávok

Elektronický:

- #1201: Vibračný mini motorový disk - ERM (x4) [1,95 dolára za rok]

- #2305: Adaptruit DRV2605L Haptický motorový ovládač (x4) [7,95 dolárov ea.]

- #659: FLORA - Nositeľná elektronická platforma - kompatibilná s Arduino [14,95 dolárov]

- Ultrazvukové snímače vzdialenosti HC-SR04 (x2) [2,99 USD ročne]

- #2717: Multiplexor TCA9548A I2C [6,95 dolára]

- #3287: 3 držiak batérie AA s konektorom JST [2,95 dolárov]

- #1608: Doska na dosky Breadboard štvrťročnej veľkosti Adafruit Perma-Proto- jediná [2,95 dolára]

- Plochý kábel

- 200 a 220 ohmové odpory

Výroba:

- pásy na suchý zips [2,98 USD]

- #615: Sada ihiel - 3/9 veľkostí - 20 ihiel [1,95 dolára]

- Neoprén alebo akákoľvek iná trvanlivá tkanina

Celkové náklady: 78,31 dolárov

Väčšina komponentov bola zakúpená na Adafruit.com

Krok 2: Breadboarding

Prvým krokom je prepojenie všetkých vašich komponentov pomocou nepájivej dosky, aby ste sa mohli uistiť, že všetky fungujú správne, a až potom ich pripevniť na konečný produkt. Nasledujúca schéma zapojenia a obrázok vám poskytnú predstavu o tom, kde je potrebné všetko prepojiť. Tu je rozpis toho, čo jednotlivé komponenty robia:

Arduino Uno/FLORA

Toto je mikrokontrolér, ktorý je časťou, ktorú je možné naprogramovať. Poskytuje tiež napájanie všetkým komponentom z batérie. Spočiatku som všetko pripojil k Arduino Uno, pretože má napájanie 5 V, ale potom som ho nahradil batériou FLORA a 3 batériami AA (4,5 V).

Haptický ovládač motora

Tieto regulátory sa pripájajú priamo k každému vibračnému motoru a umožňujú vám naprogramovať každý vibračný motor nezávisle na sebe, pričom majú výhodu v tom, že obsahuje vopred pevnú knižnicu vibračných efektov. Nie sú rozhodujúce pre funkciu rukavice, ale programovanie je oveľa jednoduchšie, pretože nemusíte programovať svoje vlastné vibračné vzorce od začiatku.

Muliplexer

Toto jednoducho funguje ako akýsi expandér, pretože na zariadení FLORA nie je dostatok pinov SCL/SDA na umiestnenie všetkých ovládačov haptického motora. Umožňuje vám tiež nezávisle komunikovať s každým ovládačom haptického motora tým, že každému priradíte jedinečnú adresu.

Vibračné motory

Práve tie poskytujú používateľovi hmatovú spätnú väzbu. Vibrujú v určitých vzoroch v závislosti od toho, ako ich naprogramujete. Viac o tom, ako fungujú, nájdete tu.

Ultrazvukové snímače

Tieto senzory merajú vzdialenosť predmetov pred nimi. Robia to tak, že vyšlú signál „spúšťača“, ktorý sa odrazí od akýchkoľvek blízkych predmetov a vráti sa ako signál „ozveny“. Program je potom schopný interpretovať čas oneskorenia a vypočítať približnú vzdialenosť. Nezabudnite ich označiť „vľavo“a „vpravo“, aby ste neskôr neboli zmätení. Viac o tom, ako fungujú, nájdete tu.

Krok 3: Kódovanie

Teraz, keď je všetko prepojené, si môžete stiahnuť kód do svojej FLORA a otestovať ho. Stiahnite si nižšie uvedený súbor a potrebné knižnice (prepojené nižšie). Tento ukážkový kód má funkcie uvedené v tabuľke vyššie.

Na otestovanie kódu umiestnite veľký plochý predmet menej ako 6 palcov od ultrazvukového senzora napravo. Palubný RBG by mal rýchlo blikať namodro. Keď posuniete predmet ďalej, blikanie by malo byť pomalšie. Súčasne jeden z vibračných motorov (ktorý bude neskôr umiestnený na palec) bude vibrovať rýchlo, keď je objekt vzdialený menej ako 6 palcov, a začne vibrovať s menším výkonom, čím ďalej budete predmet vzdiaľovať. Rovnaký vzor by mal platiť pre ľavý ultrazvukový senzor, iba s oranžovým svetlom namiesto modrého

Pridal som ďalšiu funkciu, ktorou je, že RBG by mal blikať ružovo a senzory vibrácií prostredníka a dlane by mali vibrovať, keď oba senzory detegujú predmet vzdialený menej ako 6 palcov. Táto funkcia však nie je príliš spoľahlivá. Motory vibrácií prostredníka a dlaní som ponechal vo finálnom prevedení pre prípad, že by pre nich ľudia chceli prísť s kreatívnejšou funkciou.

* NEPOUŽÍVAJTE* zapojte dosku FLORA do počítača cez USB, pokiaľ je externá batéria stále pripojená! Vždy ho najskôr odpojte od externej batérie.

* PRED* stiahnutím ukážkového kódu, ktorý je tu uvedený, si budete musieť stiahnuť nasledujúce knižnice/ovládače:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Ak sa zdá, že kód nebeží alebo vaše senzory/motory nereagujú:

- Uistite sa, že ste v programe Arduino vybrali správny port COM.

- Zaistite, aby boli vaše vibračné motory úplne pripojené k radičom motorov/haptickým motorom. Drôty, ktoré ich spájajú, sú veľmi tenké a dajú sa ľahko uvoľniť.

- Znovu skontrolujte, či ste nezamenili vodiče SCL/SDA (multiplexor) alebo vodiče ECHO a TRIG (ultrazvukový snímač). Ak sú tieto prepnuté, nebude to fungovať.

- Ak všetko funguje normálne, keď je zapojené cez USB, ale pri pripojení k externým batériám dochádza k závadám, pravdepodobne je čas ich vymeniť za nové batérie.

Krok 4: Spájkovanie dátových pripojení

Teraz, keď je potvrdené, že kód funguje, môžete začať s montážou konečného produktu. Začal som tým, že som najskôr nakreslil všetky spojenia na obryse ruky, aby som si predstavil všetky konečné spojenia. Najprv som sa zameral na všetky dátové pripojenia a potom som na konci zapojil elektrické a uzemňovacie vedenie. Tiež v tejto fáze som zabudol spájkovať odpory na kolíky ECHO a GND ultrazvukových senzorov (oops), takže nie sú v obraze. Nakoniec som ich pridal, keď som zapojil ultrazvukové senzory do napájacieho „rozbočovača“v strede rukavice.

Začal som spájkovaním všetkých pripojení k FLORA a prešiel som hore cez multiplexor, regulátory haptického motora a vibračné motory. Spoje som spevnil horúcim lepidlom, teplom zmrštiteľnou hadicou a elektrickou páskou.

Na všetkých obrázkoch farba drôtu zodpovedá nasledujúcim spojeniam:

ČERVENÁ: sila

ČIERNA: zem

ŽLTÉ: scl

BIELA: sda

ZELENÁ: motor (-)

SIVÁ: motor (+)

HNEDÁ: ozvena ultrazvukového senzora

ORANŽOVÁ: ultrazvukový senzor trig

Krok 5: Výroba rukavice

Rukavice sa skladajú z nasledujúcich komponentov:

- Hlavné telo rukavice (ktoré drží vibrácie dlane)

- 3 popruhy na prsty (ružový, stredný, palec), ktoré držia 3 vibračné motory

- Ramenný popruh na uchytenie batérie

Pre jednoduchosť som sa rozhodol pre dizajn rukavíc bez prstov a všeobecnú šablónu môžete vidieť vyššie. Táto skica nie je v mierke a pravdepodobne budete musieť prispôsobiť veľkosť tak, aby vyhovovala vašej ruke. Je určený na nosenie na ľavej ruke. Najprv som vystopoval dizajn na spodnú stranu nejakej látky a potom som ho nožom Xacto vyrezal. Kúsky prstov som vytvarovala tak, že som vystrihla pásy látky dostatočne dlhé na to, aby som si ich obmotala okolo prstov, a prišila som pásky na suchý zips, aby držali na mieste. Potom som vyrobil vrecká na uloženie vibračných motorov a prišil som ich k popruhom prstov, ako aj k stredu spodnej strany tela hlavnej rukavice (blízko dlane).

Tento dizajn vyžaduje minimálne šitie a šil som iba v týchto scenároch:

- Prilepte/spevnite pásy suchého zipsu na tkanine.

- Vrecká vibračného motora prišite na popruhy na prsty a telo hlavnej rukavice.

- Postavte puzdro na batériu na popruhu.

Krok 6: Assemby (časť 1)

Teraz, keď bola rukavica zostavená a všetky káble boli dokončené, začal som k rukavici prilepovať elektrické súčiastky. Pri tomto kroku som postupoval podľa predtým vytvorenej kresby a rozložil všetky kusy. Potom som ich začal šiť pomocou špagátu. Nakoniec som umiestnil ovládače haptického motora na ľavú stranu rukavice namiesto na vrch, pretože to dávalo väčší zmysel, keď som začal s montážou.

Krok 7: Montáž (časť 2 - PWR + GND)

Nakoniec som všetky svoje súčiastky zapojil do napájania a zeme. Aby som to urobil, na svojej malej doske som umiestnil uzemňovaciu a napájaciu lištu tým, že ju spojím s GND a PWR FLORA. K týmto koľajniciam som pripojil svoje ovládače haptického motora a multiplexor. Potom som pripojil svoje ultrazvukové senzory k pwr a gnd, ale tiež som využil dodatočný priestor na doske na pridanie rezistorov, ktoré som predtým zabudol. Tieto odpory sú nevyhnutné, pretože vytvárajú delič, ktorý znižuje napätie signálu ECHO, ktorý sa vracia k FLORA.

Potom, čo už bolo všetko zošité, bolo trochu neisté spájkovať spoje GND a PWR, takže možno budete chcieť najskôr vykonať spájkovanie. Dávalo mi zmysel čakať, pretože som si stále nebol úplne istý, aké bude konečné rozloženie všetkých komponentov.

Pomocou trocha lepidla Gorilla som na rukavicu prilepil malý úlomok dreva, aby sa chlebová doska vyzdvihla, a pridal som suchý zips, ktorý prilepí dosku na drevo (pozri obrázok vyššie). Urobil som to, aby som ho mohol ľahko zdvihnúť a skontrolovať šortky.

Posledným krokom je prilepenie vašich ultrazvukových senzorov za tepla na obidve strany vyvýšeného dosky.

A MÁTE HOTOVO!