Sup - myš pro lidi s quadriplegií - nízké náklady a otevřený zdroj: 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Na jaře 2017 se mě rodina mého nejlepšího přítele zeptala, zda chci letět do Denveru a pomoci jim s projektem. Mají přítele Allena, který má kvadruplégii v důsledku nehody na horském kole. Felix (můj přítel) a já jsme provedli rychlý průzkum a rozhodli jsme se postavit Allena jako „Sip-n-puff“v kombinaci s joystickem, aby měl možnost přístupu ke všem stejným funkcím jako normální myš.

Sip-n-puff je vstupní zařízení, které přebírá vstup uživatele ve formě „Sip“nebo „Puff“(Představte si, jak popíjíte slámu nebo foukáte bubliny do nápoje). Zde jej kombinujeme s joystickem, který uživateli umožňuje přesunout kurzor na obrazovku, a funkce Sip-n-puff se používá pro funkce, jako je kliknutí a posouvání.

Zařízení Sip-n-Puff nejsou žádnou novinkou a kombinace joysticku/sip-n-Puff nejsou příliš neobvyklé-ale nákup takového zařízení vás bude stát kolem 500 až 1500 $! Pro Allena, který nemá žádný zdroj příjmů, je to nemožná cena. Samotné zařízení je však ve skutečnosti velmi jednoduché- v tomto článku vám ukážu, jak jej postavit za necelých 50 $!

Všechny návrhy a kód jsou open source, což znamená, že si jej můžete postavit, aniž byste mě nebo Felixovi zaplatili desetník! Pokud byste chtěli jen hotové zařízení bez práce, rád vám ho vyrobím. Podrobnosti jsou na konci Instructable.

Konečně, protože se jedná o open source, najdete všechny soubory návrhu a kód na GitHub:

Chcete koupit Sup? Informace najdete na konci tohoto Instructable.

Aktualizace: Děkujeme všem, kteří pro tento projekt hlasovali! Jsem velmi šťastný, že jsem vyhrál svou první soutěž instructables a dobře jsem využil dárkovou kartu Amazon- nástroje, které jsem si koupil, by mi měly umožnit přinášet obsah vyšší kvality ve větším množství.

Další věc: Byl jsem příjemně překvapen, když jsem viděl online dva články zmiňující tento projekt! Velké díky patří společnostem Hackaday a Open-electronics.org za to, že považují tento článek za hodný. Obojí najdete níže:

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 byl také nedávno zmíněn v New Mobility Magazine. Tento článek najdete zde:

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

Kredity a poděkování:

Velké poděkování patří mému příteli Felixovi a jeho rodině za to, že mě odletěli do Denveru (kde Allen žije) a zaplatili za všechno kromě 3D tiskárny. Opravdu to pomohlo nastartovat vývoj a udělat „SUP v krátkém čase!

Další kredit také dostává Felix za většinu 3D designu.

Nakonec děkuji Allenovi za to, že jsme někdo, komu bychom mohli pomoci, který byl ochotný nás nechat vpadnout a zeptat se ho, jak se mu líbí náš dlážděný prototyp.

Krok 1: Nástroje, díly a materiály

Zde je vše, co budete k sestavení zařízení potřebovat. Než si vše objednáte, přečtěte si zbytek článku, abyste se ujistili, že vám vyhovuje sada dovedností, které budete k sestavení potřebovat!

Díly:

• Arduino Pro Micro (konkrétně Pro Micro s konektorem USB a ATmega32u4)
• MPXV7002DP snímač tlaku s rozbíjecí deskou
• Modul joysticku
• Silikonové potravinářské hadičky, 1/8 ID o 1/4 OD, asi 6"
• 3D tištěné díly, <= 72 gramů
• Dráty (použil jsem vodiče samice-samice DuPont, poté odřízl konce)

Nástroje:

• Páječka (Tato 30w žehlička na Amazonu funguje skvěle)
• Horká lepicí pistole (vysoká teplota)
• 3D tiskárna (Nebo si nechte věci vytisknout prostřednictvím služby 3D tisku)
• Různé nástroje jako kleště, plochý šroubovák, brusný papír, ostrý malý nůž s tenkou čepelí, nůžky na drát

Materiály:

• Normální PLA filament (použil jsem Hatchbox černý PLA)
• Flexibilní filament, jako je TPU nebo NinjaFlex (Moje tiskárna byla dodávána s malou rolkou zeleného TPU. Alternativně můžete upravit část náustku tak, aby přijímala hadičku menšího průměru, a poté získat 2,5 mm ID hadičku, která se vejde do senzoru)

Celkové náklady na součásti jsou asi 22 $, bez vlákna pro 3D tiskárnu. Jakmile přidáte flexibilní rameno a dlouhý kabel USB, bude to celkem asi 49 $.

Všimněte si, že zde uvedené odkazy jsou většinou nejlevnější cenou z Číny! Dostat se k vám bude trvat nejméně měsíc. Pokud chcete díly rychleji, budete muset zaplatit o něco více za bližší zdroje s rychlejší přepravou. Očekávejte celkové náklady až kolem 75 USD.

Krok 2: Věci 3D tisku

Všechny soubory STL najdete na https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, budete je všechny potřebovat.

Pokud nemáte 3D tiskárnu, existuje mnoho služeb 3D tisku, které byste mohli využít. Pokud chcete získat levnou tiskárnu, která bude fungovat skvěle (a nevadí vám nějaká montáž), doporučuji Anet A8. Je to klon Prusa i3 za 150 USD, který se mi osvědčil a má skvělou online komunitu.

Pouzdro a rám:

Tiskněte s podporou „všude“ve výšce vrstvy 0,1–0,2 mm. Použil jsem typ podpory „mřížka“, ale „čáry“lze snadněji odstranit

GoProClip a FacePlate:

Tiskněte jako obvykle, bez podpory, výška vrstvy 0,1-0,2 mm

Hadičkový adaptér:

1. K tisku z pružného vlákna
2. Výška vrstvy 0,1
3. Zatažení VYP
4. Žádné podpory

Krok 3: Tisk a žíhání náustek

Než si půjdete vytisknout všechny své náustky navíc, je dobré se ujistit, že se při žíhání správně zmenšují.

Pokud chcete být vědečtí, vytiskněte AnnealingTestr.stl a změřte jej před a po žíhání, abyste zjistili přesné procento, které se zmenšovalo/rostlo a v jaké ose. Obvykle se očekává přibližně 5% smrštění v ose X a Y 'a přibližně 2% růst v ose Z. Bez černé PLA a konvekční pece Hatchbox jsme zvládli asi 2% smrštění na X a Y a 1% růst na ose Z.

Protože je ale tento kousek navržen opravdu jen tak, aby dobře seděl na joystick, nemusíte být příliš přesní. Pomocí našich hodnot pro Hatchbox black PLA je zde proces tisku náustku:

1. Změňte velikost X a Y na 103%, ponechte Z tak, jak je (Usilujeme o přibližně 2% zvětšení velikosti oproti původním rozměrům, jakmile budou žíhány, aby se na joystick vešly mírně snadno)
2. Tiskněte po okraj a navíc podporuje „dotykovou buildplate“.
3. Vyplňte na 100% (aby do něj voda nepronikla)
4. Normální rychlost tisku, výška vrstvy 0,1 mm
5. (Pokud máte vyhřívanou postel, nastavte ji na 50 ° C)
6. Hotend při 220 ° C.

S těmito hodnotami jsem si moc nehrál, ale to jsem použil pro svoji tiskárnu (klon A Prusa i3, Anet A8).

Jakmile vytisknete jeden nebo dva kusy, zkuste je žíhat a zjistit, zda sedí.

Proces žíhání:

1. Předehřejte troubu, nejlépe na konvekci (pokud to vaše trouba umí), na teplotu blízkou 158 F nebo 70 ° C. Některé trouby nepůjdou tak nízko, pokud jsou trochu vypnuté, na tom tolik nezáleží.
2. Počkejte, až se trouba zahřeje, a poté vložte své kousky na něco, co jim nepropadne.
3. Nastavte časovač na hodinu a poté jej nechte. Neotvírejte troubu, abyste ji zkontrolovali, protože chladicí účinek se může při procesu žíhání narušit.
4. Jakmile tam bude sedět hodinu, vypněte troubu a nechte tam kus vychladnout s troubou. K tomu by dobře posloužil teploměr, ale nemusíte být úplně přesní, stačí počkat zhruba hodinu.
5. Jakmile je v podstatě vychladlý, vyjměte ho. Nyní by měl být silnější, a co je důležitější, schopný odolat vroucí vodě a mytí v myčce.

Krok 4: 3D zpracování po zpracování

Mám rád, když jsou moje 3D výtisky čisté, ale to často znamená spoustu podpor. Pokud jste díly rámu a pouzdra vytiskli pomocí výplně podle doporučení, budete muset trochu vyčistit! Zde je pár tipů a triků, jak je odstranit.

Jak vidíte, k odstranění podpěr jsem použil kombinaci šroubováku, jehlových kleští a kapesního nože. Vybral jsem si „mřížkové“podpěry, protože fungují lépe a mají tendenci vycházet čisté a v jednom kuse, ale hůře se odstraňují. Některé z nich můžete vyrazit pouhým rychlým úderem šroubováku, ale dávejte pozor, abyste neporušili skutečnou část- Na části rámu to lze snadno provést.

Část Case tiskne s velkou opěrnou stěnou na zadní straně, kterou lze zvláště obtížně odstranit. Myslím, že nejlépe funguje obejít okraje malým nožem, pak to zkusit propíchnout a vypáčit do strany. Bude to chtít trochu práce, ale trpělivost se vyplácí!

Jakmile budete hotovi, můžete zlikvidovat rozbitý podpůrný materiál, nebo jej uložit, pokud máte opravdu zájem o opětovné použití …

Krok 5: Otestujte fit

Nyní, když je vše vyčištěno, bychom měli vyzkoušet, zda vyhovují 3D tištěné části.

Moduly se všechny montují, jak je znázorněno, a měly by do sebe zapadat docela těsně. Pokud tomu tak není, zkuste vytisknout Frame.stl o velikosti 101-102% a změnit velikost Case.stl tak, aby odpovídala.

Náustek by měl být schopen nasadit malou sílu, ale neměl by se uvolňovat příliš snadno. Nyní je vhodné se ujistit, že silikonové hadičky zapadnou do náustku a do adaptéru. Zjistil jsem, že nejlepším způsobem, jak bezpečně zapadnout, bylo dostat konec dovnitř, jak jen to jde, a poté hadici zatlačit tak, aby dobře seděla na spodním okraji otvoru v adaptéru.

Poznámka: Na obrázcích používám modul joysticku, ke kterému jsem již připájel dráty- Normální modul joysticku by však měl dobře sedět.

Krok 6: Připravte joystick

Než budeme moci připájet dráty k joysticku, budeme se muset zbavit starých záhlaví pinů. Zjistil jsem, že nejlepší způsob je oříznout co nejvíce, pak zahřát každý kolík páječkou a klepnutím na desku plošných spojů vypadnout.

Jakmile odstraníte staré kolíky, připájejte k modulu joysticku délku vodičů (asi 20 cm dlouhou). Pomáhá mít jedinečné barvy pro každý kolík, takže můžete snadno identifikovat, který vodič kam půjde později.

Krok 7: Schéma

Nyní, když jsme dostali 3D design z cesty, je čas na schematický a schéma zapojení!

Obvod je ve skutečnosti velmi jednoduchý, bez zapojených rezistorů nebo externích komponent, pouze 3 různé moduly propojené navzájem. Výše jsem poskytl schéma a také zde se podívám, co se děje:

Průlom snímače tlaku:

• „A“přejde na A0 na Arduinu
• „5V“jde do VCC na Arduinu
• „GND“přejde na jeden z pinů GND na arduinu

Modul joysticku:

• „GND“přejde na jeden z pinů GND na Arduinu
• „+5V“přejde na pin „RAW“na Arduinu
• „VRx“jde na Arduinu do A2
• „VRy“jde na Arduino do A1
• „SW“jde na Arduino do D2 (Technicky by mezi ním a GND měl být také 10K stahovací odpor. Aktuální kód ho však nepoužívá a jeho použití by bylo každopádně těžší, takže …)

Krok 8: Pájejte vše dohromady

Nyní jste připraveni sestavit veškerou elektroniku!

Ujistěte se, že máte moduly namontované podle obrázku! Chcete, aby dráty procházely rámem a skrz horní nebo spodní štěrbiny, kde se arduino připevňuje. Arduino bude volné, ale dráty budou procházet rámem. Podívejte se na obrázky, které ukazují, co tím myslím.

Začněte tím, že odizolujete a pocínujete konce všech vodičů z joysticku, pokud jste to ještě neudělali. Poté jej podle schématu a obrázků zapojte následujícím způsobem.

• GND na GND (pin 23) na Arduinu
• +5 V ke kolíku RAW na Arduinu (hned vedle pinu GND)
• VRx na A2 na Arduinu
• VRy na A1 na Arduinu

SW pin prozatím ponecháme, protože se pájí na vrchol Arduina.

Když se přesunete k tlakovému senzoru, budete nejprve chtít zjistit, které dráty jsou. Za předpokladu, že máte rám otočený joystickem namířeným přímo od vás, je pořadí vodičů následující:

• Horní vodič: Analogový výstup „A“na pin Arduino A0
• Střední vodič: 5V, na Arduino pin VCC
• Spodní vodič: GND, na GND, pin 4, nahoře.

V tomto okamžiku můžete také připojit pin SW z joysticku ke kolíku 2 na Arduinu, hned vedle pinu GND.

Dávejte pozor, abyste dráty příliš neohýbali, protože se docela snadno odlomí.

Krok 9: Nahrajte program a test

Než vše nalepíme na místo, ujistěte se, že funguje!

Pokud nemáte Arduino IDE, budete si jej muset stáhnout z oficiálního webu Arduino na Arduino.cc. Je to zdarma, i když vás vyzve k darování, pokud chcete.

Jakmile stáhnete a nainstalujete IDE, stáhněte si soubor SupSipNPuff_Final.ino ze stránky github a poté jej otevřete v IDE.

Chcete -li jej nahrát do Arduina, přejděte pod „Nástroje“, „Deska“a vyberte „Arduino/Genuino Micro“. Ve stejné nabídce v části „Port“vyberte vše, co je k dispozici, mělo by to vypadat jako „COM12 (Arduino/Genuino Micro)“. Pokud se nezobrazí, možná budete muset počkat, než váš operační systém nainstaluje ovladače, ale mělo by to být provedeno automaticky.

Klikněte na tlačítko pro nahrání (tlačítko s kulatou modrou šipkou vlevo nahoře), nebo stiskněte Ctrl/U (nebo ekvivalent) pro nahrání programu. Když indikátor průběhu ve spodní části zmizí a zobrazí se zpráva „Hotovo nahrávání“, jste připraveni testovat!

Chcete-li otestovat, nejprve znovu připojte náustek a hadičku (připojte hadičku k nejvyššímu otvoru senzoru pomocí adaptéru), poté ji přidržte před ústy a pohybujte náustkem kolem. Měla by pohybovat myší na obrazovce. Zkuste tvrdé obláčky nebo popíjení levým/pravým kliknutím a jemné doušky/obláčky pro posun nahoru nebo dolů. Chcete -li podržet „tlačítko myši“, můžete také podržet tvrdý doušek nebo obláček. Pokud máte potíže, představte si náustek jako brčko. Místo toho, abyste jím foukali nebo vdechovali, vytváříte tlak ústy, jako byste to dělali brčkem.

Pokud je obrácen jeden nebo více os, je to jednoduchá oprava:

1. Ujistěte se, že máte v IDE otevřený soubor SipNPuffMouse
2. Procházejte programem, dokud nenajdete řádek s nápisem „Mouse.move (čtení [0], -reading [1], 0);“
3. První hodnota „čtení [0]“je pohyb X (horizontální) a druhá „čtení [1]“je Y (vertikální pohyb. Podle toho, který z nich je obrácen, přidejte nebo odeberte znaménko mínus před řádek „čtení [x]“pro zvrácení hodnoty.
4. Znovu nahrajte program a vyzkoušejte jej!

(Poznámka: Další snadný způsob, jak najít řádek, je použít Ctrl/F. Při práci s kódem to hodně používám!)

Krok 10: Horké lepidlo

Nyní, když vaše Sip-n-puff funguje, je čas sestavit finální produkt! Můžete být hrdí na to, jak hezky vypadá kabeláž, ale někteří lidé dávají přednost tomu, aby to všechno bylo zakryté nudným plastem, a tak jim dáme za povinnost.

Předtím musíme vše uvnitř zajistit, aby se po zapojení věcí nedaly vrátit zpět.

1. Za Arduino Micro dejte velkorysé množství horkého lepidla. Přilepíme ho k liště, která odděluje místa, kde nahoře a dole vycházejí dráty.
2. Pokud můžete, posuňte snímač tlaku trochu zpět, vložte do držáku kapku horkého lepidla a poté jej posuňte dopředu přes blob. Přidejte další na bocích, abyste jej zajistili, jak uznáte za vhodné. Elektronice neškodí horké lepidlo, ale dávejte pozor, abyste se nedostali do portů, které vycházejí ze snímače tlaku, kde spojujeme hadičky.
3. Na vodiče, které vycházejí z modulu joysticku, přidejte velké množství horkého lepidla. To pravděpodobně není nutné, protože je už nebudeme přesouvat, ale je to dobré v případě, že bude někdy vystaven extrémním vibracím…

Nyní, když jsou všechny části na svém místě, zasuňte rámeček do pouzdra. Nejprve budete muset odpojit hadičky. Nyní vycentrujte čelní desku nad modul joysticku a poté přilepte lepidlo na body, kde se dotýká rámu (není tomu tak, protože byste jej mohli později vysunout). Jakmile je to nastaveno, můžete rám vysunout zpět a poté přidat další horké lepidlo po stranách rámu, kde se dotýká čelní desky, jen aby se znovu prosadil.

Konečně, ale v neposlední řadě: Na straně pouzdra, která nemá otvor pro hadičku a konektor USB, trochu pískujte povrch, aby se zdrsnil, v oblasti, kam chcete připevnit montážní kus. Totéž proveďte se spodní částí montážního dílu, poté jej potřete lepidlem a pevně jej připevněte k pouzdru. Jakmile je nastaven, můžete přebytek odříznout malým nožem, aby měl profesionální vzhled. (Haha)

Krok 11: Nastavení a použití

Nyní, když jste připraveni zařízení používat, zde je několik tipů pro nastavení.

Allenův pokoj má velkou obrazovku s HDMI vstupem, který sedí na zdi přes jeho pokoj z jeho postele. Postavili jsme jeho notebook na komodu pod obrazovku a připojili ho. Pokud to nastavíte v místnosti, najděte něco trochu delšího než 15 stop. Mysleli jsme si, že to bude stačit, ale nemělo to tolik volnosti, jak bych si přál.

Abychom udrželi zařízení, koupili jsme toto rameno na Amazonu za 19,50 $. Je to 25 flexibilní rameno navržené pro držení webové kamery nebo GoPro, se svorkou, která funguje skvěle pro upnutí na desku stolu nebo na postel. Je na něm držák ve stylu GoPro, který jsme navrhli náš montážní kus pro bezpečné upevnění.

Když jsme to poprvé přinesli Allenovi, byl jsem překvapen, co vlastně bylo potřeba změnit. Podle zařízení chtěl, abychom kurzor trochu zpomalili, což jsem od té doby udělal. Co však opravdu chtěl, bylo další hlasové ovládání jeho počítače, aby se co nejvíce eliminovalo používání klávesnice na obrazovce. Sip-n-puff lze použít v kombinaci s některými nástroji usnadnění v počítači, aby se maximalizovala účinnost. Seznam všeho, co jsme pro jeho počítač udělali, je níže:

• Nastavte Cortanu tak, aby kdykoli reagovala na „Hey Cortana“.
• Nainstaloval klávesnici na obrazovce a přidal zástupce na plochu.
• Vytvořil skript pomocí AutoHotKey k otevření nástroje pro diktování okna 10 (Win/H).
• Nainstalován Firefox a Adblock i AdBlockPlus. (Cortana bohužel stále používá Edge, ale dostanete to, co dostanete)
• Změněno GUI a ikony a text na 125%
• Nainstaloval si do Firefoxu plugin umožňující hlasové vyhledávání kliknutím na tlačítko (na webech jako Google)
• Nainstalován CCleaner, aby se pokusil dostat svůj počítač do chodu rychleji (Pravděpodobně to není nutné, ale jeho notebook byl levný nízkorozpočtový model a stále je dost pomalý. Trochu se mi to podařilo zrychlit.)

Myslím, že to, co nakonec použije nejvíce, je funkce hlasového vyhledávání Cortany, takže možná většina funkcí Firefoxu zůstane nevyužita. Už však měl domov Google a Alexa, takže by si na Cortanu měl zvyknout docela rychle.

Další dobrou věcí, kterou je třeba udělat, je vytisknout si uživatelskou příručku (samozřejmě na GitHubu) a nechat ji u zařízení, aby všechny sestry mohly vědět, jak odpojit náustek, a připomenout uživateli, jak jej používat, pokud potřeboval.

Ještě jedna věc: Se všemi štěrbinami ve 3D tištěné části bude sbírat bakterie, pokud o ně nebude řádně postaráno. V uživatelské příručce doporučujeme vyrobit náustky navíc a alespoň jednou týdně je umýt v myčce nebo sterilizovat ve vroucí vodě. To jim pomůže udržet je čisté!

Krok 12: Hotovo

Naštěstí už máte hotovou funkční myš Sip-N-Puff a někdo může používat počítač!

Pokud ne, jsem tu vždy, abych vám pomohl a rád bych slyšel o vašich problémech nebo zpětné vazbě.

Druhý obrázek: Toto je vylepšená verze Sup, která řeší problémy s bakteriemi. Obsahuje dechový filtr a náustek z nerezové oceli. Náustek lze sterilizovat a vyměnit dechové filtry, aby se zajistilo, že se bakterie nedostanou do zařízení a nerostou na náustku.

Chcete koupit Sup?

Nemám internetový obchod, ale rád pro vás sestavím vylepšený 'Sup'!

Chcete -li si zakoupit Sup, můžete mě kontaktovat na Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Cena: Pokud jste v pořádku s čekáním 3-4 měsíce, cena se bude pohybovat kolem 120 $, včetně dopravy, 15ft kabelu USB a montážního ramene. (Čekání je z toho důvodu, že díly pocházím z Číny a dodání trvá 1–3 měsíce.)

První cena v soutěži o mikrokontrolér